Диссертация (1149859), страница 4
Текст из файла (страница 4)
В работе [33] авторамиРисунок 5 (a) Исходная структура (b) после 24 часов при 1050 °С/120 МПа.γ´ фазесоответствует тѐмное поле [33].рассмотрено явление неизотермической ползучести в монокристаллах сплава Ni-8Cr5Co-2Mo-8W-5Al-1.5Ti-6Ta (вес. %), который широко используется при созданиилопатокреактивныхтурбин.Образцысплавабылиподвергнутыгомогенизирующему отжигу при 1305 °С 3 часа с охлаждением на воздухе, затемсостарены при 1080 °С 6 часов (охлаждение на воздухе) и 20 часов при 870 °С21(охлаждение на воздухе), что позволило получить 70% объѐмной доли γ´ фазы(средний размер частиц 0,4 мкм). На рисунке 5а представлена, полученнаяγ/γ´структура(C-структура).Такжечастьобразцовбылаподвергнутадополнительному отжигу в течение 24 часов при 1050 °С под постоянной нагрузкой120 МПа, морфология, полученной структуры, представлена на рисунке 5b (Rструктура).Рисунок 6 Накопление деформации (Creep strain) при неизотермической иизотермической ползучести (a), Накопление деформации (Creep strain) принеизотермической ползучести в образцах C-структурой (С-structure) и R-структурой(R-structure) (b) [33].22Образцы испытывали в режимах изотермической и неизотермическойползучести.
Изотермические испытания проводились под постоянной нагрузкой,ориентированной вдоль оси [1 0 0], при температуре 1050 °С. Во времянеизотермических испытаний образец подвергался циклическим теплосменам,каждый цикл состоял из выдержки в течение 15 минут при 1050 °С, 1 минуты при1100 °С (dT/dt = 2 °С/сек), 15 минут при 1050 °С, 1 минуты при 1150 °С (dT/dt =10 °С/сек). Образцы с C-структурой были подвергнуты 10 циклам, с R-структурой 2циклам. На рисунке 6 представлены зависимости деформации от времени в случаеизотермической и неизотермической ползучести. Видно, что теплосмены приводят кзначительному увеличению скорости накопления деформации (примерно в 100 раз)относительно случая обычной ползучести.
Авторы[33] связывают это срастворением γ´ фазы во время нагревов образца до температуры 1150 °С. При этомбыло обнаружено, что R-структура характеризуется более низким сопротивлениемползучести, чем кубическая С-структура. Это связано с тем, что при R-структуречастицы γ´ фазы обладают большей поверхностью, что приводит к более высокойскорости их растворения.К фазовым превращениям могут относиться, как явления растворения фаз,оксидизации или другие химические превращения, так и фазовые переходы втвердом состоянии, например, термоупругие мартенситные превращения, открытыеВ.Г. Курдюмовым и Л.Г. Хандросом в 1949 году [34].
Влияние теплосмен черезтемпературный интервал мартенситных превращений на свойства сплавов,претерпевающих термоупругие мартенситные переходы, будет рассмотрено вследующих разделах.231.2. Изменение функциональных свойств сплавов с памятью формыпри многократных теплосменах.Термин мартенситные превращения впервые был введен для описанияпроцессов, происходящих в сталях при превращении высокотемпературной ГЦКфазы в низкотемпературную ОЦК фазу [35]. В дальнейшем подобные фазовыепревращения были обнаружены и в других соединениях и сплавах. Поэтому внастоящее время этот термин получил более широкое значение.
Выделяютхарактерные признаки такого фазового перехода.1. Кооперативный, согласованный характер смещений атомов при перестройкеодной кристаллической решѐтки в другую, причѐм смещения являются малыми посравнению с параметром решѐтки, а соседство атомов при превращение сохраняется.2. Атермическая кинетика превращения - при пониженных температурахпревращение протекает со скоростью, близкой к скорости звука, при этом в сплавене происходит диффузии и химический состав остаѐтся прежним.3. Специфичная морфология продуктов превращения, обеспечивающаяминимальные упругие искажения [36].При этом мартенситные превращения могут иметь термоупругие механизм икинетику перехода [36]. В случае термоупругих превращений образование ипоследующий рост мартенситных кристаллов непрерывно следует за понижениемтемпературы, причѐм при нагреве может происходить обратимое изменениеобъѐмной доли и размеров кристаллов мартенсита, что отвечает упругомуравновесию фаз при заданной температуре [36].
Для превращения аустенитной фазыв мартенситную необходима термодинамическая сила - разность свободных энергийфаз. На микроскопическом уровне превращение осуществляется по причиненеустойчивости решѐтки исходной фазы, что завершается смещениями атомов вновые положения равновесия, и таким образом, приводит к снижению свободной24энергии всей системы [36]. Температурой термодинамического равновесия Т0называют температуру при которой разность свободных энергий фаз равна нулю.Из-за существования диссипативных сил для протекания превращения необходимаизбыточная свободная энергия, поэтому превращение не происходит, до тех пор,пока сплав не охладится ниже температуры термодинамического равновесия Т0. Приобратном превращении, необходим перегрев сплава до температуры, выше Т0 [1,37].На рисунке 7 представленатипичнаяфазоваяматериала,мартенситноетакихиспытывающегопревращение.диаграммахчетыредиаграммаНавыделяютхарактеристическиетемпературы: МН – температуруначалапрямогомартенситногопревращения, выше которой весьматериал находится в аустенитомсостоянии; МК – температуру концапрямогопревращения,мартенситногонижееѐРисунок7Характернаяфазоваядиаграммаматериала,испытывающегомартенситное превращение.весьматериал находится в мартенситном состоянии; аналогично АН и АК – температурыначала и конца обратного мартенситного превращения.
Мартенситная фаза являетсянизко-симметричной, поэтому во время прямого мартенситного превращения могутобразоваться различные варианты мартенсита. В ненапряжѐнном состояниеобразование каждого из вариантов равновероятно. Если во время прямогопревращения на образец действовало внешнее поле напряжений это приводит ктому, что в материале преимущественно формируются кристаллы мартенсита сдвигвкоторыхсонаправленсдействующейнагрузкой.Этоприводиткмакроскопическому накоплению деформации (эффект пластичности превращения).25При обратном превращении атомы возвращаются в исходные положения теми жепутями, по которым они двигались при прямом превращении, тем самымобеспечивая восстановление деформации (эффект памяти формы).На рисунке 8 представленахарактернаязависимостьдеформации от температуры приреализации эффектов пластичностипревращенияипамятиформы.Величины эффектов пластичностипревращения - εПП и эффекта памятиформы - εПФ определяются, какпоказано на рисунке.
Во времяреализации эффектов пластичностипревращения и памяти формы можетРисунок 8 Характерная зависимость(Т) во время реализации эффектовпластичности превращения и памяти формы.наблюдаться незамкнутость деформационной петли, то есть в цикле происходитнакоплениенеобратимойдеформации,величинанеобратимойдеформацииобозначена εН и определяется, так как показано на рисунке 8.Все сплавы, демонстрирующие эффект памяти формы, называют – сплавами спамятью формы.Одним из самых распространѐнных и широко применяемых сплавов с памятьюформы является открытый Уильямом Дж. Бюлером (William J.Buehler) сплавникелида титана или нитинол (Nitinol - Nickel Titanium Naval Ordnance Laboratory)[38].
Этот сплав демонстрирует лучшие функциональные и технологическиесвойства, поэтому он активно применяется в различных отраслях техники. Широкоепрактическое применение сплава обеспечивает ему повышенный интерес и состороны учѐных.Благодаря, своим уникальным свойствам, сплавы с памятью формы и TiNi вчастности, часто применяются, как рабочее тело линейных актуаторов.
Такое26применение предполагает многократное термоциклирование сплава через интервалмартенситных превращений, при этом во время термоциклирования можетпроисходить изменения свойств сплавов с памятью формы, подробнее этот вопросбудет рассмотрен в следующих пунктах.271.2.1. Изменение кинетики мартенситных превращений притермоциклировании сплавов с памятью формыРаботы [39,40] были одними из первых, где отмечалось, то что мартенситныепревращения в сплавах с памятью формы сопровождаются необратимымипроцессами, связанными с пластической релаксацией внутренних локальныхнапряжений, возникающих во время превращения.
Одно из первых подробныхописаний процесса увеличения плотности дислокаций во время термоциклированиячерез интервал мартенситных превращений было дано в [41]. Увеличение плотностидефектов, которые являются источником внутренних напряжений, приводит кизменению кинетики мартенситных превращений в сплаве, смещению температур истадийности превращений [1,10,12,18,21,42–48].Увеличение плотности дефектов во время прямого превращения связано саккомодацией напряжений, вызванных несовместностью кристаллических решѐтокразличных фаз.
При термоциклировании в ненапряжѐнном состояние аккомодациянапряжений может происходить за счѐт двойникования, но даже в этом случаечастичнопроисходитипластическаяаккомодациямартенсита.Величинапластической деформации необходимой для аккомодации напряжений, будетзависеть от типа превращения протекающего в сплаве, а также степени егоупрочнения [49–51].При этом в различных сплавах теплосмены могут приводить к качественноразным изменениям, в системе Cu-Zn-Al теплосмены могут приводить, как кснижению температуры Мн, так и еѐ увеличению [52,53], в зависимости от типапротекающего превращения.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
