Диссертация (1149859), страница 5
Текст из файла (страница 5)
Различные изменения во время многократныхтеплосмен происходят и в других системах Ti-Ni-Cu [47,54], Ni-Mn-Ga [55,56], Ti-NiHf [54,57]. Часто такие изменения нежелательны, поэтому существует понятиетермомеханической стабильности сплава, под которыми понимают способностьсплава сохранять свои свойства даже при большом количестве теплосмен. Хорошей28стабильностью во время термоциклирования обладают системыTi-Ni-Pd [58], Ti-Ni свысоким содержанием Ni [59] и другие.Поскольку наиболее распространѐнным с точки зрения технологическогоприменения являются сплавы на основе Ti-Ni, то остановимся подробнее на влияниемногократных теплосмен на свойства этого сплава.Рисунок 9 Влияние термоциклирования на зависимости электросопротивленияот температуры для образцов сплава Ti - 49,8 ат. % Ni (a), Ti - 50,6 ат.
% Ni (b) и Ti 51,6 ат. % Ni (c), закалѐнных в воде после отжига 1 час при 1000° С. [18]Ввысокотемпературном(аустенитном)состояниеTiNiсуществуетвкубической B2-фазе, упорядоченной по типу CsCl, с параметром α близким к 0.302нм [1]. При охлаждении образуется мартенситная моноклинная В19´ фаза. Принекоторых условиях, перед образованием B19' фазы сначала возникает R-фаза[1,11,18,60–62]. Мартенситная R фаза является ромбоэдрической структурой [63].Превращение из B2 в B19' сопровождается большой несовместностью деформациирешѐток [1], что способствует возникновению высоких локальных напряжений на29границе фаз, релаксация этих напряжений приводит к накоплению пластическойдеформации и необратимым изменениям кинетики мартенситных превращений прикаждой теплосмене.Рисунок 10 Изображение поверхности образцов сплава Ti - 49,8 ат.
% Ni,закалѐнных в воде после отжига 1 час при 1000° С, полученных электроннымсканирующим микроскопом: после закалки (a), 5 циклов (b), 100 циклов (с). [18].Одной из первых работ, посвящѐнных влиянию многократных теплосмен накинетику мартенситных превращений в сплаве TiNi, была работа [18]. На рисунке 9представлены зависимости электросопротивления от температуры, полученные притермоциклировании через интервал мартенситных превращений образцов сплавовTiNi с различной концентрацией никеля от 49,8 до 51,6 ат.%.Видно,чтосувеличениемчислацикловтемпературныйинтервалпревращений смещается в область более низких температур.
Как показали авторыэтой работы, главной причиной такого поведения являлась микропластическая30деформация,развивающаясянапряжений,создаваемыхвовремяпревращения,прорастающимивследствиекристалламибольшихмартенсита.Микропластическая деформация в свою очередь приводит к увеличению плотностидислокаций (Рисунок 10).Позже в [11] была представлена достаточно полная картина влияниятеплосмен в ненапряжѐнном состояние на кинетику мартенситных превращений всплаве TiNi различного состава, полученная при анализе экспериментальныхданных.В таблице 1 представлено значение температуры начала прямого превращенияМн, значение температуры начала B2→R превращения ТR, изменение температурыначала прямого превращения ΔМн/N за цикл в первых 20-ти циклах (* - в первых 10ти), также указана термообработка и предварительная деформация.
Видно, что сувеличением числа циклов происходит снижение температур начала превращения,при этом снижение за цикл |ΔМн/N| было тем меньше, чем ниже исходная Мн, аблизкие к нулевым значения |ΔМн/N| наблюдались при 2 условиях: наличие Rперехода и низкие температуры превращения или же при термоциклирование внеполном интервале превращения. Таким образом авторы [11] сделали вывод, чтотермоциклирование сплава TiNi приводит к снижению температур превращений, чтохорошо согласуется с результатами [18].Таблица 1. Изменение температуры Мн при теплосменах в сплаве TiNi,различного состава и термомеханической обработки.
[11]СоставПредварительна(ат. %)я деформацияТермообработкаМнТRΔМн/N(°С) (°С)(°С)Ti 51.78NiОбжатие 69%Отжиг 520 °С 1ч75,5 --1,15Ti 52.79NiОбжатие 85%Отжиг 520 °С 1ч51,5 --1,35Ti 49.65NiОбжатие 80%Отжиг 520 °С 1ч33,0 40-0,2Ti 50.6NiОбжатие 70% и Отжиг 520 °С 1ч-0273190%36,0Ti 50Ni-36,3 --0,56*Ti 50Ni-18,0 --0,86*Ti 50,4Ni-28,7 --0,86*Ti 50,5Ni-8,3--0,54*1827-0,31-76302147-0,46-43--0,35-54430-87--0,3-973601000 °С 1ч и закалка, -7619-0,01Горячая ковка иTi 49,8NiхолоднаяпрокаткаГорячая ковка иTi 49,8NiхолоднаяпрокаткаГорячая ковка иTi 49,8NiхолоднаяпрокаткаГорячая ковка иTi 50,6NiхолоднаяпрокаткаГорячая ковка иTi 50,6NiхолоднаяпрокаткаГорячая ковка иTi 51,6NiхолоднаяпрокаткаГорячая ковка иTi 51,6NiхолоднаяпрокаткаTi 51NiГомогенизация1000 °С1ч и закалкаОтжиг400 °С1чизакалка1000 °С 1ч и закалка,400 °С 1ч и закалкаГомогенизация1000 °С1ч и закалка1000 °С 1ч и закалка,400 °С 1ч и закалкаГомогенизация1000 °С1ч и закалка1000 °С 1ч и закалка,400 °С 1ч и закалка32500 °С 0,5ч и закалкаTi 51Ni1000 °С 1ч и закалка,-5617-0,01500 °С 0,5ч и закалка -5617021-0,01500 °С 1ч и закалка1000 °С 1ч и закалка,Ti 51Ni(неполные превращение)ОтжигTi 51Niзакалка,1000 °Сотжиг1чи500 °С -9150ч и закалкаМногократные теплосмены такжемогутприводитькизменениюстадийности превращения.
В исходномсостоянии сплав Ti50Ni50 испытывает приохлажденииОднако,превращениепослеB2→B19´.некоторогочислатеплосмен при охлаждении он начинаетиспытыватьмногостадийноеB2→R→B19´ превращение [14,15,61,64].Рисунок11Зависимостиэлектросопротивления(Electricalresistance) от температуры, полученныепри термоциклирование сплава TiNi,цифры у кривых указывают на номерцикла [61].Нарисункезависимости электросопротивления оттемпературы,наблюдаютсяполученныепритермоциклировании сплава TiNi [61].Видно,электросопротивленияпредставлены11аномалиичтовнатемпературномкривыхинтервалемартенситных превращений. При этом после второго термоцикла на кривых ρ(Т)наблюдается пик, с увеличением числа циклов высота пика возрастает. Как33отмечают авторы [61] пик электросопротивления связан с образованием R-фазы, таккак ромбоэдрическая решѐтка обладает очень высоким электросопротивлением.Так как изменения свойств сплавов с памятью формы при термоциклированиисвязано с увеличением плотности дислокаций, то большинство методов повышениятермоциклической[11,19,21,55,60,65].стабильностиПримером,такихпредполагаетметодикупрочнениеявляетсясплавапредварительноедеформирование, тренировка сплава, различные термообработки.
Так сопоставляяданные, полученные на образцах разного состава и отожженных при различныхтемпературах в работе [18] было установлено что, влияние термоциклирования накинетику мартенситного превращения проявляется только в том случае, когда вматериале отсутствуют препятствия для движения дислокаций (Таблица 2). В томслучае, когда движение дислокаций затруднено либо частицами вторичных фаз (Ti 50,6 ат. %, Ni 1273 → 673К IQ; Ti - 51,6 ат. %, Ni 1273 → 673К IQ), либо внутреннейструктурой (Ti - 49,8 ат. % Ni, 673К IQ; или 1273К IQ и предварительная деформация20%), параметры фазовых переходов не меняются при термоциклах.Таблица 2. Влияние теплосмен на кинетику мартенситных превращений в сплавеTiNi, различного состава и термообработки.
[18]СодержаниеТермомеханическаяNi (at. %)обработка49.850.61273K закалка в воде (IQ)51.649.850.651.649.81273→673K закалка в воде(IQ)673K закалка в воде (IQ)Влияниетеплосмен насвойстваВнутренняяструктураестьнетестьнетестьнетестьнетнетчастицынетчастицынетдислокационная34структура1273K закалка в воде (IQ),49.8предварительнаясильнонетупрочнѐннаядеформация свыше 20%структура1273K закалка в воде (IQ),49.8предварительнаяслабо упрочнѐннаяестьструктурадеформация 4,6%С результатами [18], также хорошо согласуются выводы авторов [19], онипоказали, что наиболее стабильными являются образцы сплава, подвергшиесяхолодной прокатке (30-40%), а также образцы сплавов на основе TiNi с избыткомникеля, в которых движению дислокаций препятствуют частицыTi3Ni4. Тем не менееприменение сплавов на основе TiNi с избытком никеля не всегда возможно из-занизких температур превращения, а прокатка является достаточно трудоѐмким исложным процессом и при этом приводит к снижению пластичности сплава.Другойподходпредложилиавторы[22],онипоказали,чтопритермоциклировании в температурном интервале B2↔R превращений не происходитувеличения плотности дислокаций.
Это связано с тем, что B2↔R превращение имеетнебольшую деформацию решѐтки и поэтому аккомодация мартенсита происходитупруго [22]. Вместе с тем малая деформация решѐтки также означает и низкиезначения эффектов пластичности превращения и памяти формы, что не всегдаприемлемо с точки зрения практических приложений.Ещѐ одним способом является термоциклирование в неполном температурноминтервале мартенситных превращений. Так авторы [66] проводили исследованиявлияния термоциклирования без нагрузки через неполный интервал превращения ипоказали, что термоциклирование через неполный интервал превращения приводит кзначительно меньшему сдвигу температур, чем при термоциклировании черезполный интервал превращения.
На рисунке 12 представлены зависимости35температуры АН от суммарной энергии превращений, для того чтобы получитьравную энергию превращения образец, который подвергался термоциклированиючерез полный температурный интервал прямого превращения циклировали 40 раз, ачерез неполный интервал - 80.Видно, что снижение температуры АН при термоциклировании черезнеполный температурный интервал прямого превращения меньше, чем притермоциклировании через полный температурный интервал, несмотря на тот факт,что образец для неполных циклов был подвергнут в 2 раза большему числутемпературных циклов. Исходяиз этого факта, авторы сделаливывод, что термоциклированиечерезнеполныйтемпературныйпрямогоприводитинтервалпревращениякменьшейзначительноповреждѐнностиматериала.Рисунок12Сравнениевлияниятермоциклирование на АН при равной суммарнойэнергии превращения. [66]Такимобразом,многократныеприводяттеплосменыкизменениютемператур и стадийности мартенситных превращений в сплаве TiNi.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
