Реферат
ВВЕДЕНИЕ 4
1 Термоупругие мартенситные превращения в ферромагнитных сплавах 5
1.1 Основные характеристики термоупругих мартенситных превращений в
ферромагнитных сплавах NiFeGa(^) 5
1.2 Кристаллография термоупругих мартенситных превращений в сплавах NiFeGa(Co) 10
1.3 Функциональные свойства сплавов, испытывающих термоупругие мартенситные
превращения 12
1.4 Влияние термических и термомеханических обработок на термоупругие
мартенситные превращения 16
2 Постановка задачи и методика эксперимента 19
2.1 Постановка задачи 19
2.2 Методика эксперимента 21
3 Исследование влияния старения в мартенситном состоянии под нагрузкой на
функциональные свойства монокристаллов ферромагнитного сплава Ni54Fe19Ga27 и Ni49Fe1sGa2?Co6 25
3.1 Функциональные свойства в исходных монокристаллах Ni54FewGa27 и
Ni49Fe1sGa27Co6, ориентированных вдоль [001]ь21-направления 25
3.2 Влияние старения в мартенситном состоянии под сжимающей нагрузкой на
функциональные свойства [001]ь21-монокристаллов сплавов Ni54FewGa27 и
Ni49Fe18Ga27Co6 31
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 41
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ И ЛИТЕРАТУРЫ 43
Тенденция к ускорению технического прогресса и усовершенствованию механизмов с целью повышения эффективности их использования требует разработки новых многофункциональных материалов. В связи с этим большой интерес для научных исследований представляют ферромагнитные сплавы Гейслера с термоупругими мартенситными превращениями (МП), проявляющимися при изменении температуры, приложении нагрузки и/или магнитного поля. Данные материалы способны испытывать значительные обратимые деформации при проявлении таких функциональных свойств, как эффект памяти формы (ЭПФ) и сверхэластичность (СЭ). Благодаря способности преобразования тепловой энергии в механическую работу сплавы могут найти широкое практическое применение в качестве датчиков, генераторов и исполнительных устройств.
Одними из перспективных представителей сплавов с термоупругими L2i(B2)- 10M/14M-L10 МП являются сплавы на основе NiFeGa(Со). При реализации ЭПФ и СЭ обратимые деформации в данных сплавах могут составлять при сжатии до -6,25 % и при растяжении до +13,5 % [1, 2]. Актуальностью данной работы является управление
параметрами функциональных свойств материалов на основе NiFeGa(CA), в том числе наведение двустороннего эффекта памяти формы (ДЭПФ), позволяющего упростить конструкцию механизмов, действие которых основано на одностороннем ЭПФ. Отличительной особенностью проявления в сплавах ДЭПФ является макроскопическое изменение размеров образца только при изменении температуры без внешних приложенных напряжений. Для наведения ДЭПФ возможно использовать такую термомеханическую обработку, как старение в мартенситном состоянии под сжимающей нагрузкой (СМН), основанное на эффекте стабилизации мартенсита за счёт процессов диффузии [3]. В работах [4, 5] на однофазных монокристаллах сплавов CoNiAl и NiMnGa, показана эффективность влияния СМН на функциональные свойства, например, увеличение характеристических температур МП, наведение ДЭПФ с узкими термическим гистерезисом и температурными интервалами прямого и обратного МП. Представляет интерес возможность управления функциональными свойствами за счет СМН на широком классе материалов: как на однофазных, так и на гетерофазных материалах, обладающих за счёт наличия частиц лучшей прочностью и пластичностью, а также сравнение эффективности различных режимов СМН и выяснение циклической стабильности полученных характеристик. Поэтому цель данной работы - изучить влияние старения в мартенсите под нагрузкой на закономерности проявления функциональных свойств однофазных и гетерофазных монокристаллов ферромагнитного сплава NiFeGa(Co), ориентированных вдоль [001 ^21-направления.
1. Старение в мартенситном состоянии под сжимающей нагрузкой вдоль [001]l21- направления является эффективным способом стабилизации мартенсита и наведения двустороннего эффекта памяти формы. В однофазных монокристаллах сплава Ni54Fei9Ga27 и в гетерофазных монокристаллах сплава Ni49FeisGa27Co6 после старения в мартенсите под нагрузкой наблюдается повышение характеристических температур Ms, Mf, As, Af мартенситных превращений на 38 - 43 K и 65 - 83 K соответственно, что связано со стабилизацией ориентированного варианта L10-мартенсита, сформированного при старении в мартенсите под нагрузкой.
2. Состаренные в мартенсите при температуре T = 448 K в течение 1 часа под
сжимающей нагрузкой о = 700 МПа вдоль [001^21-направления однофазные
монокристаллы сплава Ni54FewGa27 проявляют двусторонний эффект памяти формы с величиной обратимой сжимающей деформации в = -(5,2 ± 0,3) % вдоль [001]l21- направления, узким термическим гистерезисом ДТ (16 K) и минимальными интервалами температур (5 - 6 K) прямого Д1 = Ms - Mf и обратного Д2 = Af - As мартенситного превращения.
3. Экспериментально показано, что в гетерофазных монокристаллах сплава Ni49Fe18Ga27Co6 при проведении старения в мартенситном состоянии вдоль [001]l21- направления при T = 423 K увеличение времени старения от 1 до 3 часов и величины приложенных напряжений от о = 520 МПа до о = 590 МПа приводит к увеличению величины обратимой деформации при проявлении двустороннего эффекта памяти формы от в = -(4,1 ± 0,3) % до в = -(5,1 ± 0,3) % вдоль [001^21-направления. Увеличение продолжительности старения до 3 часов способствует уменьшению величины механического гистерезиса ДТ от 16 до 9 K и получению узких интервалов температур мартенситных превращений Д1 и Д2 до 1 - 2 K, что позволяет повысить скорость срабатывания исполнительных механизмов.
4. Исследование эффекта сверхэластичности на состаренных в мартенситном состоянии однофазных Ni54FewGa27 и гетерофазных Ni49Fe18Ga27Co6 [001]l21- монокристаллах показало, что старение в мартенсите под нагрузкой приводит к уменьшению критических напряжений окр, необходимых для образования кристаллов мартенсита, и механического гистерезиса До. В однофазных монокристаллах сплава Ni54Fe19Ga27 после старения в мартенсите под нагрузкой (T = 448 K, 1 час под о = 700 МПа) окр и До уменьшаются в 1,9 раза и 1,2 раза соответственно, в то время как на гетерофазных монокристаллах сплава Ni49Fe18Ga27Co6, состаренных в течение 3 часов при T = 423 K под о = 590 МПа, окр снижаются в 2,5 раза, а величина До в 1,5 раза по сравнению с исходным состоянием. На однофазных Ni54Fei9Ga27 монокристаллах после старения в мартенсите под сжимающей нагрузкой при проявлении эластокалорического эффекта величина адиабатического охлаждения составляет ATad = 9,9 K, что делает их перспективными для использования в качестве твердотельных холодильников.
5. Экспериментально показано, что состаренные в мартенсите однофазные Ni54Fei9Ga27 и гетерофазные Ni49FeisGa27Co6 [001]ь21-монокристаллы обладают высокой циклической стабильностью параметров сверхэластичности при T = 353 K. При увеличении числа циклов от 1 до 100 значения критических напряжений и механического гистерезиса остаются постоянными: Окр = 74 МПа и Ao = 43 МПа для однофазных монокристаллов сплава Ni54FewGa27, Окр = 46 МПа и Ao = 21 МПа для гетерофазных монокристаллов сплава Ni49Fe1sGa27Co6.
