ВВЕДЕНИЕ 2
1 Общая характеристика термоупругих мартенситных превращений в
ферромагнитных монокристаллах сплавов Гейслера 4
1.1 Общие сведения о мартенситных превращениях 4
1.2 Термодинамика мартенситных превращений 7
1.3 Кристаллография мартенситных превращений в сплавах Гейслера . .. 10
1.4 Эффект памяти формы и сверхэластичность в сплавах NiMnGa 14
1.5 Термические и термомеханические обработки в сплавах Гейслера ... 17
2 Постановка задачи и методика эксперимента 20
2.1 Постановка задачи 20
2.2 Методика эксперимента 23
3 Эффект памяти формы, сверхэластичность в ферромагнитных монокристаллах сплавов Ni53Mn25Ga22(ат. %) 25
3.1 Мартенситные превращения при охлаждении и нагреве в свободном
состоянии в [011]-монокристаллах Ni53Mn25Ga22 (ат. %) 25
3.2 Влияние термообработки на закономерности МП под нагрузкой в [011]-
монокристаллах Ni53Mn25Ga22 (ат. %) 28
3.3 Ориентационная зависимость эффекта памяти формы и
сверхэластичности в отожженных [011] и [123]-монокристаллах Ni53Mn25Ga22 (ат. %) 35
3.4 «Старение» в мартенсите в монокристаллах Ni53Mn25Ga22(ат. %) 40
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 45
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
В настоящее время большой научный и практический интерес представляют материалы с такими уникальными свойствами, как эффект памяти формы (ЭПФ), двусторонний эффект памяти формы (ДЭПФ) и сверхэластичность (СЭ) [1]. Особое внимание привлекают высокотемпературные сплавы с памятью формы, которые испытывают обратимые термоупругие мартенситные превращения (МП) при температурах выше 373 К [2].
Известно, что в сплавах на основе NiMnGa за счет изменения химического состава возможно широко изменять температуры МП от температуры кипения жидкого азота до 600 К [3]. Это дает возможность использовать данные сплавы в авиакосмической промышленности, например, в качестве высокотемпературных актюаторов. При этом механические и функциональные свойства ферромагнитных сплавов NiMnGa не так широко изучены, в отличие от магнитных характеристик (магнитная восприимчивость, магнитнокристаллическая анизотропия и т.д. [4]). Поликристаллы NiMnGa слишком хрупкие, разрушаются при развитии МП по границам зерен, как и многие из сплавов Гейслера, вследствие больших значений параметра анизотропии кристаллов [3]. Поэтому большинство работ по исследованию функциональных свойств сплавов NiMnGa проведено на монокристаллах. Но монокристаллы NiMnGa в исходном состоянии после роста являются хрупкими, и исследования сплавов Гейслера направлены на поиск новых более пластичных материалов или на повышение пластичности монокристаллов NiMnGa за счет термических или термомеханических обработок.
Термические обработки позволяют управлять, прочностными и функциональными свойствами за счет выделения когерентных частиц, изменения кристаллической структуры высокотемпературной фазы, изменения степени порядка. Целью данной работы является исследование на монокристаллах Ni53Mn25Ga22(ат. %) влияния термической и термомеханической обработок («старение» в мартенсите) на закономерности развития термоупругих МП при охлаждении/нагреве в свободном состоянии и под нагрузкой, ЭПФ, ДЭПФ и СЭ при деформации сжатием.
1. Экспериментально показано, что монокристаллы Ni^MibAia:: в исходном состоянии и после высокотемпературного отжига при Т = 1273 К, 1 час с последующим медленным охлаждением характеризуются близкими температурами МП в свободном состоянии (Af> 373 К), узким термическим гистерезисом (АТ < 20 К) и широкими интервалами МП (А1, А2> 30 К), связанными с накоплением упругой энергии в ходе прямого МП.
2. Установлено, что высокотемпературный отжиг при Т = 1273 К, 1 час с последующим медленным охлаждением сильно изменяет закономерности термоупругих МП под нагрузкой, по сравнению с исходными кристаллами: приводит к увеличению термического гистерезиса при охлаждении/нагреве под нагрузкой (в 2 раза), к значительному повышению напряжений разрушения образца (более чем в 2 раза), к наблюдению полной петли высокотемпературной СЭ.
3. Экспериментально показано, что в [011] и [123]- монокристаллах Ni53Mn25Ga22, отожжённых при Т = 1273 К, 1 час с последующим медленным охлаждением закономерности развития ЭПФ при охлаждении/нагреве под нагрузкой определяются ориентацией кристалла. Максимальные значения обратимой деформации е = 4 % и термического гистерезиса АТ = 60 К наблюдаются в [011]-ориентации, в [123]-ориентации максимальные значения обратимой деформации е = 3,4 % и термического гистерезиса АТ = 35 К.
4. На отожженных [011] и [123]-монокристаллах Ni53Mn25Ga22 показано, что «старение» в мартенсите при Т < 423 К, о < 100 МПа и t = 0.5 -
1 час не оказывает влияния на закономерности МП под нагрузкой. Показано, что увеличение температуры, напряжения и времени «старения» в мартенсите до Т = 443 К, о = 250 МПа, t = 1 час приводит к увеличению температур МП (на 12 К) и формированию ДЭПФ с максимальной величиной обратимой деформации до 5,5 % в [011]-монокристаллах.
