Диссертация (1149859), страница 14

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 14)

Этоявляется причиной проявления эффекта пластичности превращения.Вне зависимости от того действует ли во время охлаждения внешняя нагрузкаили нет образование мартенситных кристаллов сопровождается увеличениемплотности дефектов. Это связано с тем, что образование мартенситного кристаллавызывает искажение в окружающей аустенитной матрице. Вследствие этого вматериале возникают высокие локальные напряжения, которые могут превышатьпредел текучести. Аккомодация этих напряжений происходит путѐм локальноймикропластической деформации.

При этом возникшие дефекты двигаются вместе сграницей фаз [15], то есть в направлении роста мартенситного кристалла, поэтому вслучае термоциклирования под нагрузкой, когда объѐмная доля благоприятныхвариантов мартенсита становится больше, то и микропластическая деформацияперестаѐт быть скомпенсированной и наблюдается накопление макроскопическойнеобратимой деформации в направлении приложенной внешней нагрузки. В случаеотсутствия поля напряжений отсутствует и ориентированное движение дефектов,поэтому при термоциклировании без нагрузки происходит увеличение плотностидефектов, но не наблюдается накопления пластической деформации.

Поскольку свозникновением благоприятных кристаллов также связано накопление необратимойдеформации, то чем выше значение действующей нагрузки, тем больше возникаетблагоприятных кристаллов и тем больше в образце накапливается необратимойдеформации. Однако, остаѐтся неясным почему увеличение действующей нагрузки с50 МПа до 200 МПа, приводит к возрастанию удельного электросопротивления в 1,5раза, а величина накопленной необратимой деформации возрастает более, чем в 10раз.Для того, чтобы пояснить природу нелинейной зависимости прироставеличины пластической деформации от действующей нагрузки обратимся к рисунку57.

На рисунке 57 по оси ординат отложена пластическая деформация, накопленнаяв образце, подвергнутом термоциклированию, по оси абсцисс изменение удельного104электросопротивления в этом же образце. Каждая точка на диаграмме соответствуетизменению данных величин после 30 термоциклов через различную долютемпературного интервала прямого мартенситного превращения под нагрузкой 50МПа или 200 МПа.Для металлов и сплавов существует линейная зависимость между изменениемудельного электросопротивления и изменением плотности дефектов [116].

Вместе стем, для сплавов с памятью формы общее изменение плотности дефектов - ΔDможноусловноразделитьнасуммуизмененияплотностидефектов,инициированных возникновением благоприятных кристаллов мартенсита - ΔDор иплотности дефектов, инициированных возникновением неблагоприятных кристалловмартенсита - ΔDн. ТогдаΔρ=k ΔD= k(ΔDор+ ΔDн),гдеΔρ-изменениеудельного(10)электросопротивления,k-коэффициентпропорциональности. При этом вклад в накопление необратимой деформации даѐттолько ΔDор, а в Δρ - оба слагаемых.

После 30 термоциклов под нагрузкой 200 МПавеличина обратимой деформации достигла 9,7%, что достаточно близко к значениютеоретического максимума и можно утверждать, что практически все кристаллымартенситаориентированывдольдействующейнагрузкиивседефектыобразовавшиеся во время прямого мартенситного превращения дают вклад внакопление необратимой деформации (ΔDн =0). Поэтому на рисунке 57 проведенапрямая линия, соединяющая начало координат с точкой, полученной прииспытаниях в этом режиме.

Имея в виду линейную связь между приростомэлектросопротивления и плотностью дефектов, можно полагать, что данная линиябудет соответствовать случаю, когда все, возникающие при термоциклированиидефекты, дают вклад в прирост пластической деформации. В таком случае еслиточка находится на этой линии, то из (10) следует, что всѐ изменение плотностидефектов даѐт вклад в накопление необратимой деформации.

Если точка, лежит105ниже данной прямой, то значит, что часть дефектов не даѐт вклада в необратимуюдеформацию. Чем ближе точка к прямой, тем больше ΔDор и меньше ΔDн.пл%200 МПа400,250,50,75полный30200 МПа20200 МПа1050 МПа50 МПа0020406080Рисунок 57 Изменение удельного электросопротивления и величины пластическойдеформации в сплаве Ti50Ni50 после 30 термоциклов через различную долютемпературного интервала прямого мартенситного превращения под нагрузкой 50 и200 МПа.На рисунке 57 видно, что точка, соответствующая термоциклированию поднагрузкой200МПачерез 0,25долитемпературногоинтервалапрямогомартенситного превращения лежит ниже линии, а значит возникают какблагоприятные кристаллы мартенсита, так и неблагоприятные.

С увеличением долитемпературного интервала прямого мартенситного превращения уменьшаетсярасстояние от точек, соответствующих изменениям после термоциклирования поднагрузкой 200 МПа, до линии, а, следовательно, возрастает доля благоприятноориентированных кристаллов, и при термоциклировании в полном цикле в образце вконце охлаждения остаются только благоприятные кристаллы. То есть на начальномэтапе прямого мартенситного превращения не все возникающие кристаллыориентированы вдоль действующей нагрузки, но при дальнейшем охлаждении доля106ориентированных кристаллов увеличивается.

Это может происходить, только еслипри охлаждении неблагоприятно ориентированные кристаллы, возникшие наначальном этапе перехода, дополнительно ориентируется, за счѐт того, чтодействующее напряжение в цикле превышает значение предела переориентации.Таким образом, если при термоциклировании действующее напряжение вовремя охлаждения превышает предел переориентации, то благоприятные кристаллывозникают как непосредственно из аустенитной матрицы, так и за счѐт силовойпереориентациипереориентациимартенситныхмартенситныхкристаллов.кристалловКакизвестнопроцесссопровождаетсясиловойнакоплениемзначительной пластической деформации [1], которая даѐт вклад в общуюнеобратимую деформацию. Именно поэтому при термоциклировании сплава Ti50Ni50под постоянным напряжением 200 МПа наблюдается столь значительный прироствеличины εпл.В пункте 3.2.1 показано, что величина εн уменьшается с увеличением номератермоцикла, но не достигает нуля, то есть с некоторого термоцикла скоростьнакопления необратимой деформации становится постоянной, но не равной нулю.Более того в работе [12] показано, что после выхода на установившийся участокнакопление пластической деформации происходит с постоянной скоростью доразрушения образца.

При этом известно, что с циклами происходит упрочнениесплава [19,24], то есть увеличение значения предела пластического течения. В такомслучае в некоторый момент сплав должен упрочнится настолько, что дальнейшеенакопление пластической деформации станет невозможно, однако, это противоречитэкспериментальным данным. Поэтому в работе [85] было сделано теоретическоепредположение о разупрочнении сплава во время обратного мартенситногопревращения.

В пункте 3.2.3 показано, что с некоторого термоцикла скоростьизменения ΔεА(N) выходит на постоянное значение, при этом чем меньше была долятемпературного интервала обратного мартенситного превращения тем меньшезначениескоростиизмененияΔεА(N)наустановившимсяучастке.Если107предположить, что во время обратного перехода происходит процесс разупрочнениясплава, то есть снижение значения предела пластического течения, то в такомслучае, если величина упрочнения, приобретаемая сплавом во время прямогоперехода, становится равной величине разупрочнения, происходящего во времяобратного перехода, то скорость накопления пластической деформации должнавыходить на постоянное значение, что и наблюдалось экспериментально.

Чембольше доля температурного интервала обратного мартенситного превращения, тембольшенакапливаетсянеобратимойдеформацииприпоследующемтермоциклировании. Следовательно, величина разупрочнения зависит от долитемпературного интервала обратного мартенситного превращения, реализуемого вовремя нагрева и, в основном, разупрочнение происходит на завершающем этапеобратного мартенситного превращения.Таким образом, результаты раздела 3.2 показали, что при термоциклированиипод напряжением 50 МПа и 200 МПа сплава Ti50Ni50 во время прямогомартенситного перехода основное накопление деформации происходит во второйполовине температурного интервала прямого мартенситного превращения.

Такжетермоциклирование под постоянным напряжением приводит к увеличениювеличины εПФ, изменению величины εПП и увеличению плотности дефектов. Притермоциклированииподдействующимнапряжением, превышающемпределпереориентации, на начальном этапе возникают как благоприятно, так инеблагоприятно ориентированные кристаллы мартенсита, но при дальнейшемохлаждении происходит их переориентация и доля кристаллов сдвиг которыхориентирован вдоль действующей нагрузки возрастает. Процесс переориентациидаѐт дополнительный вклад в накопление пластической деформации, что приводит кзначительному приросту величины εпл.

Во время обратного мартенситногопревращения происходит разупрочнение сплава.1083.3. Результаты расчѐта изменения деформации притермоциклировании сплава Ti50Ni50 под нагрузкойОдной из важнейших задач механики материалов с памятью формы являетсяразвитие методов описания и прогнозирования поведения материалов в условияхповторяющихся теплосмен под нагрузкой. Такие методы должны предусматриватьвозможность моделирования как обратимых деформационных эффектов, таких какэффекты пластичности превращения и памяти формы, так и необратимоедеформирование материала. В настоящей работе показано, что теоретическиеположения, претендующие на адекватное описание поведения сплавов TiNi, должныучитывать развитие пластической необратимой деформации и упрочнение материалав процессе прямого превращения и разупрочнение сплава в ходе обратного перехода.Такие положения предусмотрены в структурно-аналитической теории, описанной вразделе 1.3.2.

Характеристики

Список файлов диссертации