Концентрационные, температурные и деформационные зависимости параметров решетки Мартенсита в бинарных сплавах Ti-Ni

• Автор: Коротицкий, Андрей Викторович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 119 с. : ил.

1. ФАЗОВЫЕ И СТРУКТУРНЫЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ В СПЛАВАХ НА ОСНОВЕ Ть№

1.1. Механизмы термоупругого мартенситного превращения

1.2. Эффекты памяти формы и сверхупругости

1.2.1. Условия проявления и механизмы ЭПФ

1.2.2. Классификация эффектов памяти формы

1.3. Функциональные свойства сплавов с ЭПФ

1.4. Влияние термических и термомеханических обработок на структуру, фазовые превращения и основные функциональные свойства сплавов на основе ТЕМ

1.5. Кристаллические решётки фаз, фазовые и структурные превращения в

сплавах на основе никелида титана

1.6. Параметры решётки В 19'-мартенсита в бинарных сплавах Т1-№

2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1. Исследуемые сплавы и их обработка
2.2. Калориметрический анализ
2.3. Дилатометрический анализ
2.4. Рентгенографическое исследование
2.5. Нейтронографическое исследование
2.6. Расчёт параметров кристаллических решёток
2.7. Расчёт деформации решётки при мартенситном превращении
3. КОНЦЕНТРАЦИОННЫЕ ЗАВИСИМОСТИ ПАРАМЕТРОВ РЕШЁТОК ФАЗ, УЧАСТВУЮЩИХ В МАРТЕНСИТНОМ ПРЕВРАЩЕНИИ В БИНАРНЫХ СПЛАВАХ ТЁ№; ВЛИЯНИЕ ДЕФОРМАЦИОННОГО НАКЛЁПА
3.1. Концентрационные зависимости параметров решётки В19'-мартенсита и В2-аустенита в бинарных сплавах Ть№
3.2. Параметры решетки деформированного мартенсита
3.3. О параметрах решетки Я-фазы
4. ТЕМПЕРАТУРНЫЕ ЗАВИСИМОСТИ ПАРАМЕТРОВ РЕШЕТКИ В19'-МАРТЕНСИТА В ТЕРМИЧЕСКИ И ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКИ ОБРАБОТАННЫХ СПЛАВАХ ТС-№
5. ДЕФОРМАЦИЯ РЕШЁТКИ ПРИ В МАРТЕНСИТНОМ ПРЕВРАЩЕНИИ В БИНАРНЫХ СПЛАВАХ 'ПАТ
6. ИЗМЕНЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ РЕШЕТКИ МАРТЕНСИТА СПЛАВА Т1-50,0ат.%№
ПОД ВОЗДЕЙСТВИЕМ ВНЕШНЕГО НАПРЯЖЕНИЯ И ТЕМПЕРАТУРЫ
6.1. Нейтронографическое исследование ненагруженных образцов
6.2. Влияние внешнего напряжения на изменения рещётки В19'-мартенсита при нагреве и охлаждении
ВЫВОДЫ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

В последнее время всё более широкое практическое применение находят сплавы, проявляющие эффект памяти формы (ЭПФ). Поэтому интерес к ним со стороны исследователей, технологов и конструкторов непрерывно возрастает. Сплавы с памятью формы (СПФ) используются в различных областях техники (авиакосмическая, приборостроение, спецмашиностроение, бытовая, и др.). При этом особенно перспективной областью применения СПФ, как показывает мировой опыт, является медицинская техника, в которой используются СПФ на основе И-№ (никелид титана или нитинол).
СПФ - функциональные материалы, которые обеспечивают возможность реализовывать служебные характеристики конструкций и устройств, недостижимые при использовании других материалов. Применение нитинсла в медицине, в частности, обусловлено уникальным сочетанием функциональных свойств памяти формы с высокой коррозионной стойкостью в жидкостях и тканях человеческого тела, а также с особенностями его сверхупругого механического поведения, сходного с механическим поведением костной ткани. Это обеспечивает полную биосовместимость сплава.
Функциональные свойства СПФ (обратимая деформация, характеристические температуры интервала мартенситных превращений, температурный интервал восстановления формы, температурный интервал легкой деформации, критическое напряжение легкой деформации, реактивное напряжение и др.) являются структурночувствительными. Причём, это касается как особенностей кристаллических структур фаз, непосредственно участвующих в термоупругом мартенситном превращении, так и исходного субструктурного состояния сплава, в котором осуществляются данные превращения. Поэтому эффективными способами управления функциональными свойствами СПФ являются термическая и термомеханическая обработка. Одна из особенностей СПФ заключается в том, что их фундаментальные физические свойства одновременно являются и

непосредственно потребительскими, функциональными свойствами. Так, критические температуры мартенситных превращений определяют температурные интервалы восстановления формы и лёгкой деформации, наводящей ЭПФ; деформация решётки при мартенситном превращении есть не что иное как теоретический ресурс обратимой деформации; предел текучести аустенита служит естественной мерой развиваемого сплавом реактивного напряжения.
Таким образом, параметры кристаллической решетки аустенита и мартенсита являются фундаментальными характеристиками сплавов, проявляющих эффект памяти формы, поскольку деформация решетки при мартенситном превращении определяет ресурс обратимой деформации, важнейшего функционального свойства этих сплавов. Как известно, наилучшим сочетанием обратимой деформации и других функционал? ных свойств памяти формы обладают сплавы на основе никелида титана. В бинарных сплавах ТьМ кристаллическая решетка мартенсита, образующегося непосредственно из В2-аустенита или через промежуточную 11-фазу с ромбоэдрической структурой, - моноклинная типа В19'.
Без знания концентрационной и деформационной зависимостей параметров решетки наши представления о возможностях управления обратимой деформацией всегда будут не полными. В то же время, к моменту начала данной работы, существование концентрационной зависимости параметров решетки В19'-мартенсита в бинарных сплавах ТнМ оставалось под вопросом, а деформационная зависимость - вообще не изучалась.
Действительно, если рассмотреть совокупность известных результатов измерений параметров решетки В19'-мартенсита в бинарных сплавах Ть№ вблизи эквиатомного состава (подробнее см. раздел 1.6), то можно отметить следующее:

В В2-сплавах Ть№, обогащенных никелем, при термообработке в интервале температур ниже границы области гомогенности В2-фазы (см. рис. 1.4.1) возможно последовательное выделение ряда избыточных фаз типа Тлз№4, Т12№з, "П№3 (см. рис. 1.4.1, 1.4.2).
Фаза ТПчйз, образующаяся в обогащенных никелем сплавах Т1-№ при длительных отжигах, имеет гексагональную структуру (типа 0024) с параметрами а = 0,5093 нм, с = 0,8267 нм, с/а = 1,625 [115]. Фаза Т12№3 обладает тетрагональной решеткой с параметрами а = 0,4403 нм, с = 1,3525 нм и ориентационными соотношениями с В2-матрицей [116, 117]
пониженных температурах она имеет низкотемпературную моноклинную модификацию с параметрами а = 0,441 нм, Ь = 0,882 нм, с = 1,352 нм, у— 89,3° [118]. Образование фазы Т12№3 предшествует выделению равновесной фазы ТМ3 [116].
Начальные стадии распада обогащенных никелем сплавов на основе Тл-N1 обусловлены преимущественно гомогенным выделением частиц с химическим составом, близким химической формуле Т13№4 (ПцМм) [116-118, 45, 46, 9]. Их образование не удается подавить даже закалкой сплавов, и они могут иметь структуру, изоморфную В2-матрице (/?*) или, при достаточной длительности старения, ромбоэдрическую с параметрами а = 0,672 нм, а =113,9° [45, 46]. В первом случае когерентные /0-частицы имеют равноосную
форму и высокую дисперсность (<3-^5 нм), в последнем, частицы Тц№4 имеют линзовидную или пластинчатую форму с габитусом, близким {111 }В2, и типичные ориентационные соотношения с В2-матрицей [116]:
(111)к| |(111)в2, (321)а| | (110)В2
Чрезмерное количество пластинчатых и глобулярных выделений фаз "П№3 и Т12№з, как и И2№, существенно снижает пластические характеристики сплавов и приводит к их охрупчиванию. Ранние стадии распада с образованием выделений типа 'П3№4 также оказывают заметное, но в целом ряде случаев