РЕФЕРАТ 3
ВВЕДЕНИЕ 4
1 Литературный обзор 6
1.1 Общие сведения о мартенситных превращениях 6
1.2 Термодинамика мартенситного превращения 8
1.3 Функциональные свойства сплавов с памятью формы 10
1.4 Кристаллография в превращениях B2-B19' 15
1.5 Легирование NiTi различными элементами 16
1.6 Влияние термических обработок на проявление функциональных свойств сплава
NiTiHf 19
2 Постановка задачи, материалы и методика эксперимента 21
2.1 Постановка задачи 21
2.2 Методика эксперимента 22
3 Исследование влияния старения в мартенситном состоянии на закономерности развития
МП в поликристаллах сплава NiTiHf при деформации растяжением 26
3.1 Общая характеристика поликристаллов сплава NiTiHf 26
3.2 Старение в мартенситном состоянии под нагрузкой 31
3.3 Влияние старения в мартенситном состоянии на функциональные свойства и
развитие мартенситных превращений в поликристаллах NiTiHf при деформации растяжением 32
ВЫВОДЫ 39
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 41
В настоящее время большой интерес представляют «умные» материалы, способные испытывать термоупругие мартенситные превращения и проявлять такие функциональные свойства, как ЭПФ и СЭ. Наличие подобных свойств позволяет использовать материал во многих сферах деятельности: авиа- и космическая промышленность, робототехника, микромеханика и многое другое. Однако, для этого необходимым условием является проявление функциональных свойств в широком температурном интервале и при высоких ( > 373 К) температурах.
Сплав NiTi является одним из наиболее изученных и широко распространенных [1], поскольку обладает хорошим комплексом свойств, таких как высокая прочность, коррозионная стойкость, большая величина обратимой деформации. Однако, наличие низких критических напряжений ( < 700 МПа) и температур мартенситного превращения ( < 423 К) ограничивают его использование [2]. Чтобы решить эти проблемы применяется легирование Hf, которое приводит к увеличению прочностных и демпфирующих свойств, а также значительному повышению характеристических температур материала [3].
Наряду с легированием, для улучшения свойств материалов используют термические и термомеханические обработки, которые могут приводить к выделению частиц, изменению степени порядка и структуры, и являются одними из основных способов контроля свойств сплавов. Известно, что старение в мартенситном состоянии увеличивает характеристические температуры МП, прочностные свойства материала, а также может способствовать появлению новых функциональных свойств - двустороннему эффекту памяти формы и ферроэластичности [4]. Более того, в работе [5] показано, что использование подобной термической обработки имеет наибольшую эффективность в материалах, у которых отношение характеристической температуры начала МП Ms к температуре плавления сплава составляет > 0,2, а значит система NiTiHf является отличным вариантом.
В работах [6 - 8] показано, что поликристаллы сплава NiTiHf используются только после интенсивной пластической деформации материала, приводящей к значительному измельчению зерна, и наличию отличных функциональных свойств. Однако, исследование сплава NiTiHf с крупным размером зерна, а также после старения в мартенситном состоянии под нагрузкой и влияния этой обработки на функциональные свойства материала ранее не проводилось.
Поэтому, целью данной работы является исследование термоупругих мартенситных превращений и функциональных свойств в поликристаллах сплава NiTiHf в состаренном состоянии при 773 К, 3 ч и после старения в мартенситном состоянии под нагрузкой при деформации растяжением.
В данной работе было проведено исследование функциональных свойств поликристаллов сплава Ni50.3Ti32.2Hfi7.5 (ат. %) после отжига при 773 К, 3 ч и 873 К, 3 ч при деформации растяжением и сжатием. Показано, что за счет проведения старения в мартенситном состоянии под нагрузкой возможно управлять функциональными свойствами материала. Получены следующие результаты экспериментальных исследований:
1. Экспериментально обнаружено, что поликристаллы сплава NiTiHf в исходном состоянии после плавки при комнатной температуре находятся в B19'- мартенсите, содержащим высокую плотность составных (001)в19' двойников. Размер зерна в поликристаллах составляет 36 мкм, и сплав испытывает B2-B19' термоупругое мартенситное превращение при повышенных температурах Ms= 421 К, Af= 452 К.
2. Старение в аустените при 773 - 873 К в течение 3 часов приводит к выделению частиц H-фазы, которые упрочняют материал, а также приводят повышению характеристических температур мартенситных превращений на 10 - 15 К. Установлено, что старение при 773 К слабо влияет на морфологию и двойниковую структуру B19'- мартенсита, наноразмерные частицы H-фазы включены в ламели B19'-мартенсита.
3. Состаренные в аустените при 773 К в течение 3 ч поликристаллы Ni50.3Ti32.2Hf17.5 (ат. %) обладают высокотемпературным эффектом памяти формы с максимальной величиной обратимой деформации +5,3 % в циклах охлаждение/нагрев под растягивающей нагрузкой +300 МПа и -1,3 % под сжимающей нагрузкой -400 МПа. Тогда как старение в аустените при 873 К в течение 3 ч приводит к появлению необратимой деформации в циклах охлаждение/нагрев под сжимающей нагрузкой -400 МПа и наблюдению эффекта памяти формы с максимальной величиной обратимой деформации - 1,1 %.
4. Определён оптимальный режим старения в мартенситном состоянии под нагрузкой на отожженных при 773 К, 3 ч поликристаллах сплава Ni50.3Ti32.2Hf17.5 (ат. %) при растягивающим напряжение +300 МПа в течение 12 ч и сжимающей нагрузкой -400 МПа в течение 12 ч. Обнаружено, что старение в мартенситном состоянии под нагрузкой не приводит к значительному изменению внутренней структуры материала: тип двойникования B19'-мартенсита не изменяется, происходит только расширение ламелей B 19'-мартенсита.
5. Экспериментально показано, что старение в мартенситном состоянии под нагрузкой отожженных при 773 К, 3 ч поликристаллах сплава Ni50.3Ti32.2Hf17.5 (ат. %) по сравнению с их исходным состоянием приводит к: 1) сдвигу характеристических температур Mf и As, расширению температурных интервалов развития мартенситного превращения, что способствует дополнительному накоплению упругой энергии в ходе прямого B2-B19' мартенситного превращения; 2) изменению вязкоупругих свойств - увеличению модуля упругости аустенита и мартенсита, увеличению внутреннего трения, а также более сильному размягчению модуля упругости при развитии мартенситного превращения, что способствует лучшей упругой аккомодации мартенсита и аустенита.
6. Установлено, что старение в мартенсите отожженных при 773 К, 3 ч
поликристаллах сплава Ni50.3Ti32.2Hfi7.5 (ат. %) под растягивающей нагрузкой +300 МПа является эффективным способом наведение двустороннего эффекта памяти формы. Величина полностью обратимой деформации при проявлении двустороннего эффекта памяти формы в циклах охлаждение/нагрев в свободном состоянии достигает +2,3 % в рабочем интервале температур выше 373 К без дополнительных тренировок. Старение в мартенсите под сжимающей нагрузкой -400 МПа приводит к одноосному сжимающему двустороннему эффекту памяти формы до -0,6 %.
