ВВЕДЕНИЕ 4
1 Общая характеристика мартенситных превращений в сплавах TiNi 5
1.1 Общие сведения о мартенситных превращениях 5
1.2 Термоупругие и нетермоупругие мартенситные превращения 7
1.3 Кристаллография мартенситных превращений в сплавах TiNi 8
1.4 Термодинамика мартенситных превращений 9
1.5 Эффект памяти формы и сверхэластичности в справах NiTi 15
1.6 Зависимость температур и прочностных свойств TiNi от химического состава 18
1.7 Термические и термомеханические обработки в сплавах TiNi и их влияние на
функциональные свойства 20
1.8 Влияние старения под нагрузкой на микроструктуру и функциональные свойства
сплавов с эффектом памяти формы 25
2 Постановка задачи и методика эксперимента 28
2.1 Постановка задачи 28
2.2 Методика эксперимента 30
3. Закономерности развития термоупругих мартенситных превращений под нагрузкой в состаренных высоконикелевых монокристаллах TiNi 32
3.1 Мартенситные превращения при охлаждении/нагреве в свободном состоянии 32
3.2 Мартенситные превращения при охлаждении/нагреве под нагрузкой 35
3.3 Мартенситные превращения в циклах нагрузка - разгрузка 39
3.4 Влияние высокотемпературных выдержек в аустените под нагрузкой на эффект памяти формы 42
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 46
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
Для получения высокопрочных сплавов TiNi в качестве основы можно применить закаленные сплавы TiNi с содержанием никеля 51 - 52 ат. %, которые отличаются высоким пределом текучести В2-фазы [1, 2]. Однако, температуры МП в аналогичных материалах низкие (MS< 77 К), а сопротивление зарождению мартенсита (критические напряжения начала МП) крайне высокое (выше 1000 МПа) [3 - 5]. С целью повышения температур МП и снижения сопротивления зарождению мартенсита высоконикелевые сплавы TiNi подвергают ТО 773 - 873 К, которая приводит к выделению крупных дисперсных частиц Ti3Ni4 (d ~ 100 - 400 нм) [1, 2, 5]. Старение уменьшает содержание никеля в матрице, приводит к эффектам дисперсионного упрочнения и дает возможность управлять температурами МП, температурным интервалом развития СЭ и величиной механического гистерезиса.
Из работ [3, 4] на высоконикелевых монокристаллах TiNi (CNi= 51.0, 51.5 ат. %) показано, что старение при температуре 773 - 873 К приводит к процессу формирования СЭ в широком температурном интервале 180 К [4, 6], включая высокотемпературную СЭ выше 373 К. Однако, в данном случае, в процессе развития МП под нагрузкой, механический гистерезис возрастает с ростом степени деформации, т.е. увеличивается рассеяние энергии [5]. Как известно [7 - 11], большая величина рассеяния энергии приводит к слабой циклической стабильности, особенно при высоких температурах испытания. Следовательно, данное состояние может быть нестабильно к высокотемпературным испытаниям. Поэтому актуальной задачей является поиск более стабильного состояния с высокотемпературной СЭ. Для этого в работе планируется использовать старение под нагрузкой с последующим медленным охлаждением. Известно, что, во-первых, нагрузка, приложенная в ходе старения, приводит к уменьшению вариантов частиц и позволяет изменять температуры МП, контролировать величину механического гистерезиса и увеличивать прочностные свойства В2-фазы [12]. Во-вторых, как показано в [1, 2, 12] в ходе медленного охлаждения могут выделяться наноразмерные частицы P-фазы, которые также способствуют увеличению прочностных свойств. Целью работы является выяснение закономерностей развития ЭПФ и СЭ в высоконикелевых [001]-монокристаллах Н-51,5(ат. %)Ni в зависимости от числа вариантов дисперсных частиц Ti3Ni4. и получить стабильное состояние с высокотемпературной СЭ.
В данной работе было проведено исследование функциональных свойств гетерофазных монокристаллов Н-51,5(ат. %)Ni в зависимости от режима старения (в свободном состоянии и под сжимающей нагрузкой 100 МПа при 823 К, 1 ч с последующим медленным охлаждением). Показано, что за счет изменения режима старения можно управлять температурами МП, величиной ЭПФ, величиной механического гистерезиса, и получены следующие результаты экспериментальных исследований:
1. Установлено, что в монокристаллах Н-51,5(ат. %)Ni, состаренных при 823 К, 1 ч под нагрузкой, выделяются ориентированные частицы Ti3Ni4- размером ~ 400 нм. Выделение ориентированных частиц приводит к появлению внутренних дальнодействующих полей напряжений. Оценка, проведенная в работе, показывает, что величина этих полей составляет ~ 159 МПа.
2. Дальнодействующие поля напряжений в монокристаллах, состаренных под нагрузкой, приводят к следующим изменениям функциональных свойств по сравнению с монокристаллами, состаренными в свободном состоянии, где таких полей нет:
• увеличению на 23 К температуры MSначала прямого R^B19';
• размытию прямого R-B19'МП - увеличению температурного интервала прямого R-B19'МП в 1,5 раза;
• развитию ДЭПФ с величиной обратимой деформации 0,3 % в монокристаллах, состаренных под нагрузкой;
• уменьшению напряжений, необходимых для наблюдения минимальной и максимальной обратимой деформации при развитии ЭПФ в термоциклах под нагрузкой в 3 раза;
• уменьшению термического гистерезиса при развитии ЭПФ в термоциклах под нагрузкой;
• уменьшению коэффициента деформационного упрочнения и увеличению
механического гистерезис при развитии СЭ.
3. Экспериментально показано, что старение при 823 К, 1 ч, как под нагрузкой, так и в свободном состоянии с последующим медленным охлаждением эффективно для получения высокотемпературной СЭ до 423 К и высоких прочностных свойств В2-фазы (выше 1200 МПа).
4. Установлено, что монокристаллы, состаренные при 823 К, 1 ч с последующим медленным охлаждением, являются стабильными к высокотемпературным испытаниям, а именно к выдержкам при 423 К, 1 -5 ч в аустените под нагрузкой о = 0,8 • осг. Напротив, монокристаллы, состаренные при 823 К, 1 ч с последующей закалкой, являются менее стабильными к подобным выдержкам, которые вызывают смещение температуры MSи увеличение термического гистерезиса.
