Помощь студентам в учебе
Исследование процессов ползучести в сплаве на основе никелида титана
|
Введение 5
1. Механизмы ползучести в сплавах на основе никелида титана 7
1.1 Механизмы ползучести в металлах и сплавах 7
1.1.1 Описание процесса ползучести 7
1.1.2 Дислокационные модели ползучести 10
1.1.3 Диффузионная ползучесть 18
1.2 Структура и свойства сплавов на основе никелида титана 25
1.2.1. Фазовые превращения в никелиде титана 25
1.2.3 Влияние технологии обработки на структуру и свойства сплавов на основе никелида титана
1.3 Исследование ползучести в сплавах на основе никелида титана 41
2. Объекты и методы исследования 46
2.1. Объекты исследования 46
2.2. Методы исследования 47
3. Изучение механизмов ползучести в сплавах на основе никелида титана
3.1 Влияние условий испытаний на высокотемпературную ползучесть при
испытаниях на кручение образцов из никелида титана
3.2 Влияние термической обработки на свойства при высокотемпературной
59 ползучести
3.3 Влияние темпертурного воздействия при испытаниях на ползучесть на
свойства ЭЗФ
3.4 Влияние содержание никеля на механизмы высокотемпературной
ползучести и характеристики ЭЗФ
3.5 Низкотемпературная ползучесть в сплавах на основе никелида титана 80
Выводы 87
Список литературы 89
1. Механизмы ползучести в сплавах на основе никелида титана 7
1.1 Механизмы ползучести в металлах и сплавах 7
1.1.1 Описание процесса ползучести 7
1.1.2 Дислокационные модели ползучести 10
1.1.3 Диффузионная ползучесть 18
1.2 Структура и свойства сплавов на основе никелида титана 25
1.2.1. Фазовые превращения в никелиде титана 25
1.2.3 Влияние технологии обработки на структуру и свойства сплавов на основе никелида титана
1.3 Исследование ползучести в сплавах на основе никелида титана 41
2. Объекты и методы исследования 46
2.1. Объекты исследования 46
2.2. Методы исследования 47
3. Изучение механизмов ползучести в сплавах на основе никелида титана
3.1 Влияние условий испытаний на высокотемпературную ползучесть при
испытаниях на кручение образцов из никелида титана
3.2 Влияние термической обработки на свойства при высокотемпературной
59 ползучести
3.3 Влияние темпертурного воздействия при испытаниях на ползучесть на
свойства ЭЗФ
3.4 Влияние содержание никеля на механизмы высокотемпературной
ползучести и характеристики ЭЗФ
3.5 Низкотемпературная ползучесть в сплавах на основе никелида титана 80
Выводы 87
Список литературы 89
В настоящее время материалы, обладающие эффектом запоминания формы (ЭЗФ) и сверхупругостью (СУ) находят все более широкое применение в машиностроении, приборостроениии других областях промышленности. Наиболее широко применяются сплавы на основе никелида титана, которые обладают высоким комплексом функциональных и механических свойств и хорошей коррозионной стойкостью. Технология производства изделий из этих сплавов состоит из выплавки слитков, их переработки горячей деформацией в полуфабрикат (пруток, проволоку, и др), придания формы изделию механической обработкой и/или пластической деформацией, а также включает термическую обработку для обеспечения требуемых характеристик ЭЗФ и СУ. Каждый из этих этапов последовательно оказывает влияние на формирование конечной структуры сплавов и функциональные свойства готового изделия. Сложность влияния химического состава сплава, режимов температурного и деформационного воздействия на структуру материала и свойства эффекта запоминания формы (температуры начала и конца восстановления формы, восстанавливаемую при ЭЗФ и СУ деформацию, реактивные напряжения и др.) сильно затрудняет обеспечение регламентированного уровня функциональных свойств изделия.
Многие конструкции работают в условиях постоянной ползучести - деформации под действием постоянно приложенной нагрузки, однако изучение ползучести для этого сплава не получило широкого изучения в литературе.
Кроме того, достаточно остро стоит вопрос влияния температурных режимов на структуру и свойства сплава, т.к. от них напрямую зависят характеристики эффекта запоминания формы и сверхупругости, то есть, иными словами, долгая выдержка при больших температурах испытания может привести к тому, что материал не будет справляться со своей исходной задачей, однако знание структурных изменений протекающих при высокотемпературной ползучести может позволить применять эти механизмы в качестве возможной технологии формоизменения заготовок и изделий из никелида титана, что является важной задачей при производстве ввиду того, что изготовление изделий из сплава порой бывает технологически сложным и экономически невыгодным. Именно из-за этого изучение механизмов ползучести в сплаве на основе никелида титана является актуальной проблемой. Поэтому настоящая работа посвящена исследованию влияния структуры и условий испытаний на процессы ползучести в сплаве на основе никелида титана.
Многие конструкции работают в условиях постоянной ползучести - деформации под действием постоянно приложенной нагрузки, однако изучение ползучести для этого сплава не получило широкого изучения в литературе.
Кроме того, достаточно остро стоит вопрос влияния температурных режимов на структуру и свойства сплава, т.к. от них напрямую зависят характеристики эффекта запоминания формы и сверхупругости, то есть, иными словами, долгая выдержка при больших температурах испытания может привести к тому, что материал не будет справляться со своей исходной задачей, однако знание структурных изменений протекающих при высокотемпературной ползучести может позволить применять эти механизмы в качестве возможной технологии формоизменения заготовок и изделий из никелида титана, что является важной задачей при производстве ввиду того, что изготовление изделий из сплава порой бывает технологически сложным и экономически невыгодным. Именно из-за этого изучение механизмов ползучести в сплаве на основе никелида титана является актуальной проблемой. Поэтому настоящая работа посвящена исследованию влияния структуры и условий испытаний на процессы ползучести в сплаве на основе никелида титана.
1. Испытания на ползучесть кручением в интервале температур 450 -
550ОС показали, что за время выдержки, не превышающей двух часов, образцы накапливают пластическую деформацию от 5 до 20 %, в зависимости от приложенных напряжений. Так при напряжениях 200 МПа средняя скорость увеличивается от 6-10-6 с-1 при 450ОС до 3- 10-4с-1 при 550ОС. Процесс ползучести происходит по дислокационному и диффузионную механизму, влияние которых на накопление деформации зависит от температуры испытаний.
2. Выделение частиц Ti3Ni4приводит к уменьшению скорости ползучести во время испытаний при 450ОС после отжига при 450ОС (до 2-10"6 с-1). Природа уменьшения скорости ползучести во время испытаний при 500ОС после термической обработки не совсем ясна, но может быть связана с растворением частиц Ti3Ni4. Отжиг при 700ОС приводит к увеличению размера зерна и падению скорости ползучести во время испытаний при 450 - 500 ОС (1*10-6 с-1 и 2*10-5 с-1, против 6*10-6 с-1 и 9*10-5 с-1 для исходных). Во время испытаний при 550ОС у всех образцов не замечено существенных изменений скорости накопления деформации.
3. Температуры восстановления формы максимальны, если деформация проходила при 450ОС (+40 + +78ОС), что связано с выделением в структуре сплава богатых никелем интерметаллидов типа Ti3Ni4и обогащением В2- фазы титаном, и минимальны после деформации при 550ОС (ниже нуля), когда происходит их растворение. Проведение предварительной термической обработки так же существенно влияет на свойства ЭЗФ и СУ - температуры восстановления формы изменяются в общем интервале от отрицательных до +53ОС.
4. При напряжениях 200 МПа и температуре испытаний 500ОС в исходном состоянии у плавки 1 и 2 скорости накопления деформации равны 9-10"5 с-1 и 1-10"4 с-1 соответственно, что объясняется большей объемной долей интерметаллидов в плавке 1. Общий характер закономерностей изменения свойств ЭЗФ одинаков для обеих плавок, однако у плавки 2 температуры восстановления формы всегда выше, чем у плавки 1, и не уходят в отрицательную область, достигая минимальных значений после отжига при 700ОС в интервале от +9- +21ОС.
5. При низкотемпературной ползучести никелида титана деформация при малых напряжениях накапливается из-за упругого последействия и полностью устраняется после снятия нагрузки в течении времени. Во время испытаний при напряжениях выше предела упругости ползучесть протекает за счет мартенситного превращения под напряжением, полнота которого зависит от температуры испытаний, уровня действующего напряжения и количества препятствий, находящихся на пути движения межфазной границы. С течением времени с учетом упомянутых выше факторов мартенситное превращение исчерпывается, и накопление деформации ослабевает, в то время как приложенных напряжений недостаточно, чтобы ползучесть начала протекать по механизмам скольжения.
550ОС показали, что за время выдержки, не превышающей двух часов, образцы накапливают пластическую деформацию от 5 до 20 %, в зависимости от приложенных напряжений. Так при напряжениях 200 МПа средняя скорость увеличивается от 6-10-6 с-1 при 450ОС до 3- 10-4с-1 при 550ОС. Процесс ползучести происходит по дислокационному и диффузионную механизму, влияние которых на накопление деформации зависит от температуры испытаний.
2. Выделение частиц Ti3Ni4приводит к уменьшению скорости ползучести во время испытаний при 450ОС после отжига при 450ОС (до 2-10"6 с-1). Природа уменьшения скорости ползучести во время испытаний при 500ОС после термической обработки не совсем ясна, но может быть связана с растворением частиц Ti3Ni4. Отжиг при 700ОС приводит к увеличению размера зерна и падению скорости ползучести во время испытаний при 450 - 500 ОС (1*10-6 с-1 и 2*10-5 с-1, против 6*10-6 с-1 и 9*10-5 с-1 для исходных). Во время испытаний при 550ОС у всех образцов не замечено существенных изменений скорости накопления деформации.
3. Температуры восстановления формы максимальны, если деформация проходила при 450ОС (+40 + +78ОС), что связано с выделением в структуре сплава богатых никелем интерметаллидов типа Ti3Ni4и обогащением В2- фазы титаном, и минимальны после деформации при 550ОС (ниже нуля), когда происходит их растворение. Проведение предварительной термической обработки так же существенно влияет на свойства ЭЗФ и СУ - температуры восстановления формы изменяются в общем интервале от отрицательных до +53ОС.
4. При напряжениях 200 МПа и температуре испытаний 500ОС в исходном состоянии у плавки 1 и 2 скорости накопления деформации равны 9-10"5 с-1 и 1-10"4 с-1 соответственно, что объясняется большей объемной долей интерметаллидов в плавке 1. Общий характер закономерностей изменения свойств ЭЗФ одинаков для обеих плавок, однако у плавки 2 температуры восстановления формы всегда выше, чем у плавки 1, и не уходят в отрицательную область, достигая минимальных значений после отжига при 700ОС в интервале от +9- +21ОС.
5. При низкотемпературной ползучести никелида титана деформация при малых напряжениях накапливается из-за упругого последействия и полностью устраняется после снятия нагрузки в течении времени. Во время испытаний при напряжениях выше предела упругости ползучесть протекает за счет мартенситного превращения под напряжением, полнота которого зависит от температуры испытаний, уровня действующего напряжения и количества препятствий, находящихся на пути движения межфазной границы. С течением времени с учетом упомянутых выше факторов мартенситное превращение исчерпывается, и накопление деформации ослабевает, в то время как приложенных напряжений недостаточно, чтобы ползучесть начала протекать по механизмам скольжения.