Реферат
Введение 5
1 Теория мартенситных превращение 7
1.1 Основные закономерности мартенситного превращения 7
1.2 Кристалография мартенситных превращений 8
1.3 Термоупругие и нетермоупругие мартенситные превращения 10
1.4 Термодинамика мартенситных превращений 13
1.5 Механизм эффекта памяти формы и сверхэластичности 17
1.6 Термоупругие мартенситные превращения в железосодержащих сплавах 20
1.7 Перераспределение углерода в решетке мартенсита в сталях 24
2 Постановка задач исследования и методика эксперимента 27
2.1 Постановка задач исследования 27
2.2 Методика эксперимента 29
3 Термоупругие у-а'-мартенситные превращения в монокристаллах FeNiCoAlNb(B)
и влияние бора на эффект памяти формы и сверхэластичность 33
3.1 Электронно-микроскопические исследования монокристаллов сплавов
FeNiCoAlNb(B) 33
3.2 Функциональные и механические свойства монокристаллов сплавов
FeNiCoAlNb(B) 36
Заключение 48
Список использованной литературы 49
Сплавы на основе железа как конструкционные материалы широко используются в промышленности. В последнее десятилетие большой интерес исследователей направлен на разработку сплавов на основе железа с эффектом памяти формы (ЭПФ) и сверхэластичностью (СЭ), испытывающих термоупругие мартенситные превращения (МП) [1 - 9]. Низкая стоимость таких сплавов, их высокая пластичность, податливость механической обработке и сварке открывают перспективы для создания нового класса материалов: «Конструкционные материалы с функциональными свойствами (ЭПФ и СЭ) на основе железа». Хорошо известные функциональные сплавы на основе NiTi с ЭПФ не могут быть использованы в больших масштабах в качестве конструкционных материалов из-за их высокой стоимости [10, 11] и будущее широкое практическое применение таких «умных» материалов в промышленности связано со сплавами на основе железа с ЭПФ.
В настоящие время сплавы на основе железа FeMnSiX (X=Cr, Ni), c ЭПФ, характеризующиеся у-£-МП (у - гранецентрированная кубическая решетка (ГЦК), е - гексагональная плотноупакованная решетка (ГПУ)) уже находят свое практические применение, например, в качестве крановых рельс [12]. Перспективными материалами являются сплавы на основе железа FeNiCoAlX (X=Ta, Nb, Ti), испытывающие у-a' (у - гранецентрированная кубическая решетка (ГЦК), a' - объемноцентрированная тетрагональная решетка (ОЦТ)), однако они еще не нашли своего практического применения. Одной из проблем является недостаточные знания о закономерностях развития термоупругих МП в этих сплавах. Без дополнительных термообработок в данных неупорядоченных сплавах FeNiCoAlX наблюдается нетермоупругое y-a'-МП, из-за чего отсутствуют СЭ и ЭПФ [13, 14]. Однако, на сплавах FeNiCoTi, FeNiCoAlTa было установлено, что изменить кинетику МП можно при выделении дисперсных частиц упорядоченной у'-фазы [2]. Частицы у'-фазы повышают уровень прочностных свойств высокотемпературной фазы, уменьшают величину термического гистерезиса AT. Это способствует смене нетермоупругого y-a'-МП к термоупругому с ЭПФ и СЭ [13 - 15]. Но в поликристаллах таких сплавов параллельно с непрерывным распадом в теле зерна у'-фазы по границам зерен происходит выделение 0-фазы, которая приводит к хрупкому разрушению. Показано, что небольшие добавки бора до 0.05 ат. % приводят к подавлению реакции прерывистого распада 0-фазы по границам зерен в поликристаллах сплавов на основе железа и позволяют получить СЭ в поликристаллах сплава FeNiCoAlTaB с острой текстурой <100>{035} до 13.5 % [1].
В настоящее время систематических исследований влияния бора и частиц 0-фазы на развитие у-а'-МП в литературе нет. В этой связи представляет интерес изучение закономерностей развития термоупругого у-а'-МП в монокристаллах сплавов на основе железа. Монокристаллы дают уникальную возможность в отсутствии границ зерен выяснить принципиальную возможность выделения частиц 0-фазы одновременно с частицами у'-фазы в теле зерна и исследовать влияние частиц 0-фазы и атомов бора на развитие термоупругого у-а'-МП.
Таким образом, целью выпускной квалификационной работы является: исследование влияние дисперсных частиц у'- и 0-фаз и легирования бором на развитие термоупругих у-а'-МП под нагрузкой, ЭПФ, СЭ в монокристаллах сплавов Fe-28Ni-17Co-11,5Al-2,5Nb, Fe-28Ni-17Co-11,5Al-2,5Nb-0,05B (ат. %), состаренных при T = 973 К в течение 10 и 20 ч.
1. Экспериментально на монокристаллах сплавов Fe-28Ni-17Co-11.5Al- 2.5Nb и Fe-28Ni-17Co-11.5Al-2.5Nb-0.05B (ат. %), ориентированных вдоль [001]- направления при деформации растяжением установлено, что старение в течение 10 и 20 ч при 973 К приводит к развитию термоупругого у-а'-МП.
2. Установлено, что при старении 10 и 20 ч в монокристаллах сплава Fe-
28Ni-17Co-11.5Al-2.5Nb (ат. %) происходит выделение некогерентных частиц 0- фазы в объеме кристалла, которые при старении 10 ч при 973 К не приводят к охрупчиванию кристаллов, и при развитии термоупругого у-а' мартенситного превращения наблюдается эффект памяти формы величиной 4.2 % и сверхэластичность до 6.5 %. При старении 20 ч при 973 К показано, что
наблюдается эффект памяти формы величиной 2.6 %, но СЭ не обнаружена, что связано с разрушением кристаллов с самого начала развития у-а'-МП под нагрузкой из-за наличия хрупкой 0-фазы, размер частиц которой при увеличение времени старения возрастает.
3. Показано, что бор в монокристаллах сплава Fe-28Ni-17Co-11.5Al- 2.5Nb (ат. %) приводит к понижению температуры Ms, уменьшению температурного интервала сверхэластичности А'1СЭ и к увеличению величины механического гистерезиса Ас по сравнению с кристаллами без бора при одинаковых условиях старения (температура и время старения).
4. Установлено, что уровень напряжений высокотемпературной фазы определяется размером частиц у'-фазы: в кристаллах без бора с большим размером частиц у'-фазы напряжения высокотемпературной фазы оказываются выше, чем в кристаллах с бором, где частицы у'-фазы имеют меньший размер. Различие в размерах частиц у'-фазы при одном режиме старения в кристаллах с бором и без бора связано с замедлением процессов старения при легировании бором.
