Диссертация (Термобиметаллы с эффектом памяти формы), страница 8

Электроннаямикроскопия показала наличие зоны локального расплавления на всей поверхностисоединения слоев, по составу являющейся смесью компонентов обоих слоевбиметалла (Рисунок 15). Исследование распределения значения микротвердости внаправлении, перпендикулярном сварному шву, показало значительное упрочнениематериала в зоне плавления на границе соединения материалов.

Также в работевыполненоизучениеморфологииповерхностиразрушенияполученныхбиметаллических композитов. Установлено что разрушение носит преимущественноквазихрупкий и хрупкий характер. Результаты работы показали, что методом сваркивзрывом может быть получен биметаллический композит на основе сплава с памятьюформы CuAlMn и упругого материала бериллиевой бронзы QBe2, а, следовательно,40для создания функциональных биметаллов может бытьиспользован целый спектр материалов, как для слоя изсплава с памятью формы, так и для вспомогательногослоя.Большой интерес вызывают биметаллическиекомпозиты, у которых оба слоя обладают эффектомпамятиформы, ноимеют различнуюкинетикумартенситных переходов. Так, в работе [59] показано,что соединение сваркой взрывом двух разносоставныхпластин никелида титана (Ti51Ni49 и Ti51.4Ni48.6) привелок образованию двухслойного гетерогенного композитаTiNi/TiNi c прямой границей раздела между двумяслоями, без каких либо видимых металлургическихРисунок16.Кривыедифференциальнойсканирующейкалориметриипринагревании(а)иохлаждении(б)биметаллического композитаTiNi/TiNi, отожженного приразной температуре [59].дефектов сварочного шва.

Однако, как и следовалоожидать,большиепластическиедеформации,возникшие при столкновении пластин, привели куменьшению размера зёрен вблизи границы разделадвухматериалов,деформационногочтоупрочнениясталоипричинойувеличениямикротвердости в данной области. После сварки получившийся композит подвергалигорячей прокатке при температуре 800оС и отжигали в течение 30 минут приразличных температурах от 500оС до 800оС. Результаты дифференциальносканирующей калориметрии показали, что при охлаждении мартенситный переходреализуется сначала в одном слое, а затем в другом (Рисунок 16). Это связано сразличием химических составов слоёв композита. Также было установлено, чтоувеличение температуры отжига приводит к увеличению температур фазовыхпереходов. Это связано с частичным растворением фазы Ti2Ni в матрице TiNi, чтоприводит к увеличению концентрации никеля.

Таким образом, в работе было41показано, что сварка взрывом может быть использована в качестве технологиисоединения двух материалов с памятью формы различного состава и с различнымисвойствами. Последующий отжиг может быть использован для измененияхарактеристик мартенситного перехода, его температур и температурных интервалов(Рисунок 16)Перспективыпромышленногоприменениябиметаллических композитов,полученных сваркой взрывом,показали результаты работы[60] и [61]. В работе [60] былоРисунок 17.

Калориметрические кривые двух сплавов TiNi до изучено(a) и после (b) сварки взрывом. [60]влияниевеличиныпредварительной деформации,после горячей прокатки образцов, на кинетику мартенситных превращений ивнутреннее трение в биметаллическом композите Ti49Ni51/Ti49.8Ni50.2. На Рисунке 17 aпоказаны ДСК кривые сплавов TiNi до и после проведенной сварки взрывом. Видно,что при комнатной температуре в сплаве Ti49Ni51 существует только аустенитная фаза,в то время как сплав Ti49.8Ni50.2 находится в низкотемпературной мартенситной фазе.Влияниевеличиныпредварительнойдеформациинапараметрыобратногопревращения в биметаллическом композите представлено на Рисунке 17b. Из рисункавидно, что обратные мартенситные переходы в биметаллическом композитесохранились в тандеме, несмотря на процессы сварки и последующей горячейпрокатки.

Очевидно, что два пика поглощения тепла на калориметрических кривыхнедеформированного образца (0% предварительной деформации) относятся кпоследовательному обратному переходу в слое Ti49Ni51 и Ti49.8Ni50.2, соответственно.Также видно, что пик, относящийся к обратному переходу в слое Ti49.8Ni50.2,сдвигается в область высоких температур при увеличении предварительнойдеформации, однако, эта величина не влияет на положение пика, относящегося к42обратному переходу в слое Ti49Ni51.

Авторы описали механизмы деформационногоповедения подобного биметаллического композита. При комнатной температуре,аустенитная фаза в сплаве Ti49Ni51 переходит в мартенсит в результате приложениявнешнейнагрузки.ОдновременносэтиммартенситвслоеTi49.8Ni50.2переориентируется. В результате последующей разгрузки при комнатной температурев слое Ti49Ni51 часть сплава возвращается из мартенсита, образованного в результатеприложения внешней нагрузки, в аустенитную фазу, а остальная часть так и остаетсявмартенситномнапряжений,воздействиясостоянииобразованныхвторогослояподдействиемврезультатеTi49.8Ni50.2.Такимобразом, было показано, что чем больше величинапредварительнойдеформации,темменьшеобъемная доля аустенитной фазы в слое Ti49Ni51, итембольшеобъемнаядолямартенсита,образованного под действием внешней нагрузки, вслое Ti49.8Ni50.2 после разгрузки.

По этой причинеплощадь под пиком в сплаве Ti49Ni51 уменьшаетсяприувеличениивеличиныпредварительнойдеформации, а его положение на оси температурыне изменяется. На Рисунке 18 представленосравнениерезультатовДСКирезультатовизмерения величины внутреннего трения длябиметаллических образцов с различным значениемвеличиныпредварительнойдеформации.ИзРисунка 18а видно, что два независимых пикаРисунок 18.

Сравнение ДСК кривых и внутреннеготрениясогласуютсясвнутреннего трения для биметаллаподвергнутогоразличной калориметрическими пиками. Установлено, что этипредварительной деформации. [60]пики соответствуют B19' → B2 превращению. При43рассмотрении Рисунка 18 a, b и c можно отметить, что температура пика внутреннеготрения в сплаве Ti49.8Ni50.2 увеличивается при увеличении предварительнойдеформации. Предположено, что это связано с переходом в сплаве Ti49.8Ni50.2 изпереориентированного мартенсита в аустенит.

Таким образом, температурныйинтервал превращения в биметалле Ti49Ni51/Ti49.8Ni50.2 увеличивается при увеличениипредварительной деформации и может превышать 100оС.По результатам работы можно заключить, что два сплава TiNi с различнымисоставами и различными температурами мартенситных переходов могут бытьуспешно соединены методом сварки взрывом, и на поверхности соединения будутотсутствовать видимые металлургические дефекты. Температурный интервалпревращения в полученном композите увеличился, а метод сварки взрывом можетявляться эффективным методом для изготовления гетерогенных материалов сэффектом памяти формы.В работе [61] было изучено влияниетемпературы и длительности отжига надемпфирующие свойства биметаллическогокомпозита состоящего из двух пластин TiNiразного химического состава (Ti49Ni51 иTi49.8Ni50.2), соединённых сваркой взрывом.Способность композита поглощать энергиювынужденных колебаний при различныхчастотахоценивалиРисунок19.Зависимостивеличинывнутреннего трения при различных частотах внутреннеготрения.вынужденных колебаний от температурыбиметаллическогокомпозитаTiNi/TiNi, дифференциальнойполученного сваркой взрывом [61].повеличинеРезультатысканирующейкалориметрии показали наличие двух пиковвыделения тепла при нагревании.

Это связано с тем, что мартенситный переходреализуется сначала в одном слое композита, а затем в другом из-за различия в44химическом составе пластин TiNi. На зависимостях внутреннего трения оттемпературы (Рисунок 19) было так же обнаружено два пика внутреннего трения.Таким образом, произошло слияние пиков внутреннего трения двухразносоставных слоёв TiNi, и, тем самым, увеличился температурный интервал, вкотором происходит демпфирование колебаний (Рисунок 19). Установлено, что сувеличением частоты вынужденных колебаний величина внутреннего тренияснижается в обоих слоях, однако температуры пиков остаются неизменными.

Такжебыло установлено, что с увеличением времени отжига увеличивается значениевнутреннего трения в слое Ti49Ni51 связанное с выпадением фазы Ti3Ni4. Образованиеэтих частиц приводит к тому, что концентрация никеля в матрице уменьшается, и,следовательно, больший объём материала испытывает обратное мартенситноепревращение. Это и способствует увеличению пика внутреннего трения в данномслое. В слое Ti49.8Ni50.2 при отжиге структура остается стабильной, вторичные частицыне образуются, поэтому величина внутреннего трения остаётся неизменной приувеличении длительности отжига.

Показано, что значение внутреннего трения вкомпозите уменьшается с увеличением амплитуды колебаний. Это обусловленодиссипацией механической энергии неупругой деформации, что стало причинойрелаксации приложенного напряжения. Такимобразом, в работе было показано, что сваркавзрывом двух материалов с памятью формы сразличными составами приводит к расширениютемпературногоинтервала,вкоторомпроявляются демпфирующие свойства TiNi, арежим отжига оказывает различное влияние наспособностькомпонентовдемпфировать колебания.композитаРисунок 20.