Диссертация (1149859), страница 10
Текст из файла (страница 10)
Схема определения температур TО1, TО2, TО3 притермоциклировании в температурном интервале неполного обратного мартенситногопревращения представлена на рисунке 32. Образец нагревали до температуры T1,когда весь объѐм сплава находился в аустенитной фазе, нагружали напряжением 50или 200 МПа, затем охлаждали до температуры T2, нагревали до температуры TО1,70TО2 или TО3, и снова охлаждали до температуры T2, после чего термоциклировали вРисунок 32 Схема определения температур TО1, TО2, TО3при термоциклировании втемпературном интервале неполного обратного мартенситного превращения.температурном интервале T2 ÷ TОi (i=1,2 или 3).71Глава 3. Результаты исследований3.1.
Влияние термоциклирования через температурный интервалмартенситных превращений в ненапряжѐнном состоянии на свойствасплава Ti50Ni50Притермоциклированиисплавовспамятьюформытемпературымартенситных переходов и их стадийность могут меняться даже при отсутствиевнешних нагрузок [1,10,12,18,21,42–48]. Для каждого сплава и каждой плавкиизменение свойств при термоциклировании различны, поэтому в работе доисследования изменения влияния термоциклирования под напряжением на свойствасплава Ti50Ni50 было изучено изменение параметров мартенситных превращений притермоциклировании в ненапряжѐнном состояние. Для этого использовали методикудифференциальной сканирующей калориметрии, описанную в пункте 2.2.3.BбA3020105140803020Тепловой поток exoCТепловой поток exoaoT, C10DE5150100oT, CРисунок 33 Калориметрические кривые, полученные при охлаждении (a) и нагреве(б) образцов сплава Ti50Ni50, подвергнутых термоциклированию черезтемпературный интервал мартенситных превращений.
Цифрами у кривых обозначенномер термоцикла.На рисунке 33 представлены калориметрические кривые, полученные приохлаждении(а)инагреве(б)образцовсплаваTi50Ni50,подвергнутых72термоциклированию через температурный интервал мартенситных превращений.При охлаждении в первом цикле наблюдали один пик выделения тепла в интервалетемператур от 64 °С до 55 °С. С увеличением числа термоциклов пик смещался вобласть более низких температур и разделялся на три пика A, B и C. Придальнейшем увеличении числа термоциклов пики B и С смещаются в область болеенизких температур, а пик А не меняет своего положения.
При нагревании в первомцикле наблюдали один пик поглощения тепла в интервале температур от 84 °С до98 °С (Рисунок 33б). С увеличением числа термоциклов пик смещался в областьболее низких температур, и затем расщеплялся на два пика D и E. При дальнейшемувеличение числа термоциклов пики смещались в область более низких температур,при этом площадь под пиком D значительно возрастала, а площадь под пиком Eубывала. В первом цикле гистерезис превращения Ак-Мн равен 34 °С, а энергияпревращения, вычисленная как площадь под пиком, для прямого превращения равна34 Дж/г и для обратного 32 Дж/г, что позволяет утверждать, что исследуемый сплавв первом цикле испытывает B2→B19´ превращение при охлаждении и B19´→B2превращение при нагревании.
Чтобы определить тип превращения, послерасщепления пиков было выполнено термоциклирование в неполном температурноминтервале прямого превращения (Рисунок 34). Было установлено, что превращениесоответствующее первому пику выделения тепла обладает малым гистерезисомоколо 3 °С (разность между температурами пиков A и F), а энергия превращенияравна 5-8 Дж/г, что позволяет утверждать что пик A соответствует превращениюB2→R.
А пик F (кривые 1,2 на рисунке 34b) соответствует R→B2 превращению.Снижение значения температуры, до которой производили охлаждение, приводит кпоявлению пика B (кривая3 на рисунке 34a) при охлаждении и пика E во времянагрева. При этом гистерезис превращения B→E равен 37 °С, такой гистерезисхарактерен для превращения B2→B19´.
Пик B мог соответствовать превращениюR→B19´, но так как при нагреве присутствует пик F, то следовательно R фаза неиспытала превращение при охлаждении, поэтому пик B должен соответствовать73превращению B2→B19´, а пик E превращению B19´→B2. Если продолжать снижатьaбТепловой поток exoТепловой поток exo66543C2B A14321FDo505100 T, CE50100oT, CРисунок 34 Калориметрические кривые, полученные для образца сплава Ti50Ni50,подвергнутого термоциклам через интервал мартенситных превращений, во времяохлаждения в температурном интервале неполного прямого мартенситного перехода(а) и во время последующего нагрева (б).температуру, до которой производили охлаждение, то на кривых при охлаждениипоявляется пик С (кривые 5,6 на рисунке 34a), а при нагреве исчезает пик F ипоявляется пик D (кривые 5,6 на рисунке 34б).
Исчезновение пика F свидетельствуето том, что пик C должен соответствовать превращению R→B19´, пик D в такомслучае должен соответствовать обратному превращению, протекающему в объѐмематериала, испытывающем B2→R→B19´ превращения при охлаждении. При этомвеличина гистерезиса превращения C→D близка к величине гистерезиса B2→B19´превращения. Таким образом, пик A соответствует превращениюB2→R, пик Bсоответствует превращениюB2→B19´I, а пик С - превращению R→B19´II. Принагревании пик D соответствует превращению B19´II→B2, а пик E превращениюB19´I→B2.Нарисунке35представленоизменениетемпературмартенситныхпревращений, определѐнных методом касательных.
Видно что, с увеличением числатермоциклов все температуры мартенситных превращений, кроме температур B2→Rпревращения,незначительно.снижаются.Приэтомгистерезиспревращенияменяется74aoT, CбoT, CB2-RRН60B2-RRПB19'I-B2AК90B2-B19'IB19'I-B2MН50AПB2-B19'IMПB2-B19'IMК40B19'II-B2AП80R-B19'IIMПB19'II-B2AНR-B19'IIMК0102030N0102030NРисунок 35 Зависимость температур прямого (a) и обратного (б) мартенситныхпревращений от числа циклов в сплавеTi50Ni50.Е, Дж/г34ЕпрЕобр3230280102030NРисунок 36 Зависимости величин энергий прямого и обратного мартенситныхпревращений от номера термоцикла.На рисунке 36 представлены зависимости величин энергий прямого иобратного мартенситных превращений, вычисленные как площадь под пиком, отчисла термоциклов.
Видно, что увеличение числа термоциклов приводит куменьшению энергий как прямого, так и обратного превращения.Снижение температур прямого и обратного мартенситных превращений притермоциклировании можно объяснить следующим образом. Согласно работе [73]75температуры мартенситных превращений в случае одностадийного превращениямогут быть описаны через энергетические параметры фазового перехода:,(6)[73],(7)где T0 - температура термодинамического равновесия, ΔEe- изменение упругойэнергии во время превращения, ΔEi - энергия необходимая для продвиженияграницы фаз, ΔS - изменение энтропии, связанное с превращением.
Индекс p-mсоответствует прямому превращению, m-p обратному. Изменение в упругой энергииможно записать в следующем виде:∫где,и∫[73],(8)- напряжения, вызванные приложенной внешней нагрузкой,напряжения связанные с наличием дефектов и внутренние напряжения вызванныепротеканием превращения, соответственно,- плотность, а- тензор деформации превращения, ρ, где V - объѐм образца. При отсутствие внешней нагрузки,выражение (8) примет вид:, [73]где∫,а(9)∫Из уравнений (6,7) следует, что ΔEi определяет гистерезис превращения, приэтом на рисунке 35 видно, что гистерезис превращения меняется незначительно, иследовательно величина ΔEi меняется также незначительно. Поэтому снижениетемператур прямого и обратного мартенситных превращений вызвано изменениемвеличины.
Величинаопределяет температурный интервал Ак-Ан, а нарисунке 35 видно, что температурный интервал Ак-Ан меняется незначительно и,следовательно, изменение величинытакже мало и не может значительно влиятьна изменение температур мартенситных превращений. Таким образом, из уравнения(9) следует, что снижение всех температур мартенситных превращений обусловленоувеличением величины- упругой энергии, связанной с дефектами. Однако,76значениедля B2→R превращения значительно меньше, чем для B2→B19´превращения [111], поэтому Mн - температура начала B2→B19´ превращенияснижается при увеличение номера термоцикла, а Rн - температура начала B2→Rпревращения практически не меняется.
Согласно, работам [111,112] R - фазавозникает в случае, если Rн выше температуры Mн и, следовательно, начиная снекоторого цикла, часть материала начинает испытывать B2→R превращение. Тотфакт, что часть материала не испытывает B2→R превращение свидетельствует отом, что значениеменяется неравномерно в материале, а, следовательно,неравномерно и распределение внутренних упругих напряжений, связанных сдефектами.Логично предположить, что возрастание величиныможет быть вызваноувеличением плотности дефектов в материале. Изменение плотности дефектовможнооценитьизмеряяудельноеэлектросопротивлениесплава.Таккакэлектрическое сопротивление обусловлено рассеянием электронов проводимости нанеоднородностях кристаллической решѐтки (на примесях, дефектах решѐтки, атакже нарушениях периодической структуры, связанной с тепловыми колебаниямиатомов), то, измеряя удельное электросопротивление при одинаковой температуре,можно оценить изменение плотности дефектов в образце.На рисунке 37 представлены зависимости (Т), полученные в 1-ом , 5-ом, 10ом, 15-ом, 20-ом и 30-ом термоциклах.
В первом цикле, согласно даннымкалориметрии, при температуре 100 °С весь объѐм сплава находится в аустенитнойфазе, поэтому при охлаждении образца от температуры 100 °С до 65 °С наблюдаетсялинейнаязависимостьэлектросопротивленияоттемпературы.Понижениетемпературы ниже 65 °С приводит к падению электросопротивления, связанному спротеканием фазового перехода. При нагреве сопротивление линейно увеличиваетсядо тех пор, пока не достигается температура Ан – начала обратного мартенситногоперехода.77, мкОм*см1 цикл5 цикл10 цикл15 цикл20 цикл30 цикл90807020406080100oT, CРисунок 37 Зависимости электросопротивления от температуры,полученные при термоциклировании сплава Ti50Ni50.В интервале температур 82 °С - 95 °С электросопротивление аномальноувеличивается, что свидетельствует о превращении кристаллической структуры измартенситной фазы в аустенитную.
При нагревании выше температуры 95 °Сэлектросопротивление линейно нарастает с увеличением температуры, посколькувыше этой температуры весь объем сплава находится в аустенитной B2 фазе.Начинаяснекоторогоцикла,приохлаждениинаблюдаетсяпикэлектросопротивления, что свидетельствует о реализации B2 → R превращения[13,113].Таккакромбоэдрическаяфазаобладаетбольшимудельнымэлектросопротивлением, то еѐ возникновение в материале приводит к росту общегоудельногоэлектросопротивленияобразцаиотражаетсяназависимостиэлектросопротивления в виде пика.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
