Закономерности термоупругих мартенситных превращений, механизмы эффекта памяти формы и сверхэластичности в гетерофазных монокристаллах никелида титана

• Автор: Панченко, Елена Юрьевна
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 256 с. : ил.

1. ТЕРМОУПРУГИЕ МАРТЕНСИТНЫЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ В СПЛАВАХ НИКЕЛИДА ТИТАНА

1.1. Термодинамическое описание мартенситных превращений

1.2. Кристаллографический анализ мартенситных превращений

1.3. Эффекты памяти формы и сверхэластичности

1.4. Влияние дисперсных частиц TijNLj на термоупругие мартенситные превращения в сплавах никелида титана

1.4.1. Процессы фазового расслоения в двойных сплавах никелида

титана

1.4.2. Последовательность мартенситных превращений, эффект памяти формы

и сверхэластичность в гетерофазных сплавах никелида титана

2. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ, МАТЕРИАЛ ИССЛЕДОВАНИЯ И МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА

2.1. Постановка задач исследования

2.2. Материал исследования и методика эксперимента
3. ВЛИЯНИЕ ДИСПЕРСНЫХ ЧАСТИЦ Ti3Ni4 НА ТЕМПЕРАТУРЫ, ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ И СТАДИЙНОСТЬ ТЕРМОУПРУГИХ МАРТЕНСИТНЫХ ПРЕВРАЩЕНИЙ В МОНОКРИСТАЛЛАХ НИКЕЛИДА ТИТАНА
3.1. Зависимость характеристик В2-В19’ мартенситного превращения от концентрации Ni в закаленных монокристаллах Ті-(50.3-51.0)ат.%№
3.2. Зависимость температур мартенситных превращений, температурного гистерезиса от размера и объемной доли дисперсных частиц в монокристаллах ТІ-(50.7-51.5)ат.%№
3.3. Сложностадийные термоупругие мартенситные превращения в гетерофазных монокристаллах Ті-(51.0-51,5)ат.%№
3.4. Влияние числа вариантов дисперсных частиц на температуры термоупругих мартенситных превращений
4. ВЛИЯНИЕ ДИСПЕРСНЫХ ЧАСТИЦ Ti3Ni4 НА ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ И ПРОЧНОСТНЫЕ СВОЙСТВА МОНОКРИСТАЛЛОВ НИКЕЛИДА ТИТАНА
4.1. Ориентационная зависимость предела текучести, эффекта памяти формы и сверхэластичности в однофазных монокристаллах ТІ-(50.3-51.0)ат.%№
4.2. Прочностные и функциональные свойства гетерофазных монокристаллов Ті-(50.7-51.5)ат.%№
4.2.1. Влияние дисперсных частиц ТізїЩ на величину ЭПФ в состаренных монокристаллах Ті-(50.7-51.5)ат.%№
4.2.2. Температурная зависимость предела текучести в состаренных монокристаллах Ті-(50.7-51.5)ат.%Ы1
4.2.3. Особенности проявления сверхэластичности в состаренных монокристаллах Ті-(50.7-51.5)ат.%Ы1
4.2.3.1. Сверхэластичность в монокристаллах Ті-(50.7-51,5)ат.%№, содержащих мелкие дисперсные частицы размером 25-40 нм
4.2.3.2. Сверхэластичность в монокристаллах Ті-(50.7-51.5)ат.%№, содержащих крупные дисперсные частицы размером 100-400 нм
4.2.3.3. Температурная и ориентационная зависимость механического гистерезиса в монокристаллах Ті-(50.7-51.5)ат.%№
ВЫВОДЫ
ЛИТЕРАТУРА
Одним из важных этапов изучения мартенситных превращений (МП) стало открытие Г.В. Курдюмовым и Л.Г. Хандросом в конце 40-х годов уникальных механических свойств материалов с термоупругим мартенситом, таких как эффект памяти формы (ЭПФ) и сверхэластичность (СЭ), Благодаря интенсивным исследованиям в этой области были изучены мартенситные превращения во многих сплавах Au-Cd, Cu-Al-Ni, Cu-Au-Zn, Cu-Zn-Al, Cu-Sn, Cu-Zn, Ni-Al, Fe-Pd, Ni-Ti, являющихся кандидатами на использование уникальных термоупругих свойств [1-8].
Наиболее перспективными материалами с ЭПФ являются сплавы на основе никелида титана, как обладающие высокими параметрами формовосстановления в сочетании с комплексом высоких технологических и эксплуатационных свойств. Они обладают высокой прочностью, коррозионной стойкостью, биологической совместимостью, самой высокой среди интерметаллидов пластичностью [2-8]. Эти качества делают их незаменимыми и обуславливают их широкое практическое использование в приборостроении, космических технологиях и медицине в качестве функциональных материалов нового поколения [2, 4-8]. Поэтому разработка научных * основ конструирования сплавов с заданными функциональными и прочностными
свойствами на основе никелида титана представляет собой важную в научном и практическом плане проблему. Фундаментальные исследования природы термоупругих мартенситных превращений на поликристаллах никелида титана проводятся интенсивно последние 30 лет. На сплавах никелида титана, испытывающих термоупругие МП, установлены общие закономерности термодинамики и кристаллографии В2—>R—>В19’ МП [2, 4, 7, 9-17, 18-31], исследованы предпереходные явления, с которыми связано аномальное уменьшение констант упругости при понижении температуры испытания [3, • 5, 8, 36-38], разработаны сплавы Ti-Niso-x-Mex (Me - Си, Fe, Со, Al, Мо) с заданными
температурами МП и температурным гистерезисом [2-8, 39, 40], установлены общие закономерности влияния дефектов кристаллического строения и дисперсных частиц Т1з№4 на температуры мартенситных превращений, на формирование эффектов памяти формы и сверхэластичности в двойных сплавах Ti-Ni [2-8, 41-61]. Экспериментально на поликристаллах Ti-Ni показано, что выделение частиц TisNL* при старении сплавов Ti-Ni (С№>50.6ат.%) позволяет контролировать температуры мартенситных превращений, принципиальным образом изменяет ЭПФ и СЭ по сравнению с однофазными сплавами » такого же состава, не содержащих дисперсных частиц после закалки. Во-первых,

Максимальная величина СЭ в состаренных поликристаллах меньше, чем в сплавах после термомеханической обработки (табл. 1.4.1).
Таблица 1.4.1. Основные характеристики СЭ в поликристаллах Ті-№
Химический состав Термомеханическая обработка или старение ДТсэ, К Всэ, % Источ
П-50.2ат.%№ поликристалл Деформация 25% в мартенситном состоянии + отжиг при 693 К - 8 [88]
П-50.2ат.%№ Поликристалл, размер зерна 60 нм Деформация при Т<Мг + отжиг при 823 К, 1 ч. 70 - [42]
П-50.6ат.%№ поликристалл Закалка от 1273 К + старение при 673 К, 1ч. 65 6 [2]
Л-50.7ат.%№ Поликристалл, размер зерна 45 мкм Старение 823 К, 1 ч. 5 - [42]
П-50.7ат.%№ Поликристалл, размер зерна 45 мкм Старение 623 К, 1 ч. 30 - [42]
Т1-50.7ат.%№ Поликристалл, размер зерна 70нм Деформация при Т<Мг + отжиг при 823 К, 0,1 ч. 70 5.5 [42]
П-51ат.%№ (хим.состав сплава до роста) Монокристалл, ориентация [-1351 Старение 673 К, 1 ч. 30 -4 [44]
П-51,3ат.%№ Поликристалл Закалка от1273 К + старение 773 К, 1ч. 40 5 [79]
П-51ат.%№ Поликристалл Старение при 573 К -60 5 [93]
Величина механического гистерезиса (Дет) связана с диссипацией энергии при обратимом МП под нагрузкой. Многие экспериментальные исследования, проведенные на сплавах П-№ [2-6], демонстрируют, что увеличение температуры, а, следовательно, напряжений, необходимых для начала МП под нагрузкой не оказывает влияния на механический гистерезис, как это наблюдается в сплавах П-№ вблизи эквиатомного состава после низкотемпературной термомеханической обработки [2-7, 43] (рис. 1.3.7). В сплавах Си-гп-вп (рис. 1.3.1), Си-2п-А1 [6] также отсутствует зависимость механического гистерезиса от температуры во всем температурном интервале наблюдения СЭ. На рис. 1.4.10 показано, что в поликристаллах П-50.6ат.%№ с дисперсными частицами в интервале температур Ас-ь А(+10°С величина механического гистерезиса уменьшается, а далее с ростом температуры остается постоянной во всем температурном интервале