Влияние напряжения на температурную кинетику мартенситных превращений и изменения деформации в сплавах с памятью формы на основе никелида титана

• Автор: Реснина, Наталья Николаевна
• Шифр специальности: 01.02.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 100 с. : ил

Оглавление
Введение
Глава 1. Обзор литературы
1.1. Эффекты памяти формы
1.2. Обратимые механизмы деформации
' 1.2.1. Мартенситные превращения
1.2.2. Механическое двойникование ■
1.3. Воздействие напряжений на обратимые механизмы неупругого деформирования
1.3.1. Влияние напряжений на температурную кинетику термоупругих мартенситных превращений и эффекты памяти
1.3.2. Роль механического двойникования в реализации эффектов памяти
1.4. Основные положения структурно-аналитической теории прочности 29 Глава 2. Постановка задачи и методики экспериментальных
исследований
2.1. Цель исследований
2.2. Методики экспериментов
Глава 3. Экспериментальные исследования
3.1. Эффект пластичности превращения '
3.2. Эффект памяти формы
3.2.1. Формовосстановление в свободном состоянии '
3.2.2. Формовосстановление при действии напряжений
3.3. Эффект обратимой памяти формы
3.4. Эффекты генерации и релаксации реактивных напряжений
Глава 4. Расчет изменения деформации и количества мартенсита в изобарных и изохорных термоциклах
4.1. Подбор констант
4.2. Термоциклирование под напряжением
4.3. Генерация и релаксация реактивных напряжений
Глава 5. Обсуждение полученных результатов
Заключение
Литература

ВВЕДЕНИЕ
Впервые явление термоупругого равновесия фаз при мартенситных превращениях было обнаружено Г. В. Курдюмовым и Л. Г. Хандросом [15, 16] в сплаве Си-А1, и заключалось в том, что кристаллы новой фазы обратимо меняли свои размеры при изменении температуры или напряжения. Фазовые переходы, в которых наблюдалось такое термоупругое равновесие фаз, стали называть термоупругими мартенситными превращениями. Позднее оказалось, что с этими превращениями связаны уникальные механические свойства, которые намного увеличили границы применения таких материалов, обычно называемых сплавами с памятью формы [25]. В отличие от обычных сплавов, эти материалы оказались способными восстанавливать при изотермической разгрузке или во время нагревания значительные неупругие деформации. С этого момента началось интенсивное изучение как физических процессов, так и механического поведения таких сплавов.
В настоящее время к сплавам с памятью формы относится большое количество интерметаллидных соединений, наиболее широко используемым среди них является никелид титана.. Этот сплав привлек внимание исследователей благодаря своим высоким физикомеханическим и технологическим характеристикам. Кроме того, сплавы на основе никелида титана обладают большой способностью к обратимому формоизменению, которое в некоторых случаях может достигать 10-12% [42, 55]. Широкое применение этого сплава в медицине и технике в качестве исполнительных и силовых механизмов устанавливает жесткие требования по эксплуатации, поскольку такие устройства, в большинстве своем, должны срабатывать в строго установленных для каждого случая температурных интервалах. Так как основной причиной обратимого формоизменения считали термоупругие мартенситные превращения, протекающие в материале, то долгое время полагали, что деформационные явления и фазовые переходы протекают в одних и тех же температурных интервалах. В соответствии ' с этим
предположением температуры мартенситных переходов определяли либо с помощью рентгена, либо по изменению физических параметров и на основании полученных данных делали заключение о температурных интервалах реализации эффектов памяти. Однако наряду с этим имелись работы, в которых было показано, что такое строгое соответствие наблюдается не всегда. Так в [8, 29] выяснено, что возврат деформации при нагревании может наблюдаться задолго до температуры обратного мартенситного превращения, причем на этой стадии могло осуществляться до 70 % формовосстановления.Причиной такого поведения материала, как показано в этих исследованиях, является механическое двойникование [14]. Как известно [41, 50, 52, 63], этот процесс наиболее полно проявляется именно в материалах с мартенситными переходами поскольку мартенсит изначально имеет большое количество двойниковых границ. В то же время, увеличение температуры уменьшает двойниковый предел текучести, облегчая тем самым процесс двойникования.
Смещение температур деформационных’ явлений относительно характеристических температур фазовых переходов может происходить не только в область меньших температур, но и в область больших. В [26] обнаружено, что во время нагревания предварительно продеформированного сплава Т149.7№5о.з восстановление деформации начинается позже температуры начала обратного мартенситного превращения. Это было объяснено особенностями протекания предшествующего прямого фазового Перехода. Дело в том, что при охлаждении под напряжением в материале в первую очередь с большей вероятностью образуются те кристаллы, векторы сдвига которых сонаправлены с внешней нагрузкой (процесс монодоменизации), и образуется так называемый монодоменизированный мартенсит. Именно образование монодоменизированного мартенсита вносит вклад в накопление макроскопической деформации, наблюдающееся, в этом случае. Во время последующего нагревания эти кристаллы претерпевают обратное фазовое

упругой энергии внутренних межфазных напряжений от количества вариантов Ф„. Таким образом, в процессе превращения выполняется следующее условие:
Р*1=Р’Х±Р^. (13)
Однако использование только этого выражения оказывается недостаточным для расчета Фп и поэтому вводят ряд дополнительных предположений. Так, условие микропластической деформации формулируется .по аналогии с классической теорией течения:
= : (14)
где Рр — —N—, а /уУ - по аналогии с напряжением течения, сила

микропластического течения. Закон упрочнения задается в виде <1рУ = л|й?Фи |, где к “модуль микропластичности”. Полученные в [6] расчеты
показали, что учет только упрочнения материала не позволяет описать правильно процессы накопления и возврата деформации при циклических испытаниях. Поэтому было предположено, что, наряду с упрочнением, в материале при обратном превращении происходят некоторые процессы возврата. В [6] закон изменения силы течения Р% постулируется в следующем виде:
с1рУ =^фР + г(рУ -РУ)Н(рУ ~рУ)с1ФпН{-с1Фп), (15)
где рУ- начальное значение Р^ в исходном материале; Н — функция
Хевисайда; г - константа материала, описывающая возврат силы течения, происходящий во время обратного превращения.
Данные предположения позволяют описать поведение материала в режиме термоциклирования. Так в [3, 6, 61] было проведено теоретическое исследование накопления и возврата деформации в модельном материале, находящимся под напряжением 100 МПа, при термоциклировании в полном