Диссертация (1149859), страница 6
Текст из файла (страница 6)
Если жематериал использовался в режиме реализации эффектов пластичности превращенияи памяти формы, то термоциклирование также приводит к изменению параметровдеформационных эффектов, что подробнее будет рассмотрено в следующем пункте.361.2.2. Изменения функциональных свойств при термоциклированииСплавы с памятью формы чаще всего используются в режиме реализацииэффектов пластичности превращения и памяти формы.
Многократные теплосменычерез температурный интервал мартенситных превращений, под действующейвнешней нагрузкой, приводят к изменению температур реализации и величиныдеформационных эффектов [12,52,54,67–72]. Эти изменения зависят от множествафакторов,такихкаксоставсплава,типпревращения,предварительнаятермомеханическая обработка, величина действующей нагрузки и других.Рисунок 13 Зависимости деформации (Strain) от температуры (Temperature) в сплавеTi-50.1 ат. % Ni при различных значениях внешней нагрузки. [16]Зависимость накопления пластической деформации от приложенной нагрузкиявляетсянелинейной,чтосвязаносналичиемразличныхмеханизмов37деформирования.
На рисунке 13 представлены зависимости деформации оттемпературы, полученные авторами [16] для образцов сплава Ti-50.1 ат. % Ni, приразличных значениях внешней нагрузки. Видно, что пока действующая нагрузка непревышаетзначениянапряженияпереориентациимартенситапластическаядеформация незначительна, превышение нагрузкой этого уровня приводит к резкомуувеличению скорости накопления пластической деформации.Изменениесвойствпримногократных теплосменахподвнешнейнагрузкой,мартенситнымвызванноепревращениями,происходит в различной степенивовсехсплавахспамятьюформы:TiNiCu [67], CuAlNi [68],CuZnAl [52], NiCuTiHf [54], TiNiРисунок 14 Изменение температур началапрямого (P→M) и обратного (M→P)превращения в сплаве Ti-50.2 ат.
% Ni притермоциклированиичерезинтервалмартенситных превращений под нагрузкой35 МПа.[73]Нарисункеполученная14авторамипредставлена[73]дляизменениеподробнеесвойствтеплосменахподнагрузкойпривсплавах на основе Ti-Ni.зависимостьобразцовРассмотрим[12,72].температурсплаваTi-50.2 ат.превращения,% Niпритермоциклировании через интервал мартенситных превращений под нагрузкой 35МПа. Видно, что температура начала прямого превращения (P→M) сначаласнижается, а затем стабилизируется после примерно 50 циклов, температура началаобратного Ан (M→P) превращения сначала снижается, а затем после 50 цикланачинает расти. Как отмечают авторы [73], такое поведение наблюдалось и придругих значениях нагрузок и связано с преобладанием различных механизмоваккомодации мартенсита на разных стадиях термоциклирования. При этом вбольшинстве работ при термоциклировании сплавов на основе TiNi под небольшой38нагрузкой Ан снижается, а при термоциклировании под достаточно высокойнагрузкой Ан возрастает [73].Рисунок 15Зависимость электросопротивления, накопленной деформациии величины эффекта памяти формы в сплаве TiNi от числа циклов [12].Так же во время теплосмен могут меняться величины деформационныхэффектов.
На рисунке 15 представлены зависимости удлинения образца, величиныэффекта памяти формы и электросопротивления от числа циклов, полученныеавторами [12] при термоциклировании сплава Ti-50.2 ат. % Ni. Видно что сувеличением числа циклов наблюдается рост электросопротивления, а такженакопление необратимой деформации и изменение величин деформационныхэффектов.39Нарисунке 16представленызависимости относительного удлиненияобразца (деформации недовозврата) отчисла циклов, где L0 исходная длинаобразца, U – удлинение в цикле, Nf –число циклов до разрушения. Видно,чтовеличинанакапливаемойдеформации, как и число циклов доразрушения, сильно возрастает послеувеличения нагрузки свыше 100 МПа,что по всей видимости связано с тем,что предел переориентации примерноРисунок 16 Зависимость удлиненияобразца сплава TiNi от числа циклов, притермоциклированиеподразличнойнагрузкой [12]равенэтомунагрузке37значению.МПаТакприпластическаядеформация в сплаве практически ненакапливается, при нагрузке 146 МПаобразец до разрушения накапливает 1,5% необратимой деформации, а при 186 МПа 2,2%.
Также была получена зависимость электросопротивления от удлинения,которая представлена на рисунке 17. Было обнаружено, что для всех значенийнагрузкиэтазависимостьлинейна,однако,разницавувеличениеэлектросопротивления не так велика, как в накопленной деформации, чтосвидетельствует о том что не все образовавшиеся дефекты дают вклад вмакроскопическое удлинение образца. На рисунке 18 представлена зависимостьизменения величины эффекта памяти формы от числа циклов.
Видно что, присредних нагрузках (73, 110 МПа) эффект тренировки (увлечение величины эффектапамяти формы) максимален. При высоких нагрузках эффект тренировки отсутствует,так как величина эффекта памяти формы достигает значений близких кмаксимальным ещѐ в первом цикле.40Такимобразом,притермоциклирование сплава TiNiчерез интервал мартенситныхпревращенийподнапряжения,нагрузкойсоздаваемыемартенситнойРисунок 17 Зависимость электросопротивленияот удлинения образца в сплаве TiNi притермоциклирование.
[12]пластиной,приводят к микропластическойдеформации и, следовательно,увеличениюплотностидислокаций.Дефектыкристаллической решѐтки в свою очередь создают внутренние поля напряжений,которые влияют на температуры мартенситных превращенийивеличинудеформационных эффектов. При термоциклировании под нагрузкой наблюдаетсянакопление макроскопической необратимой деформации.Рисунок 18 Зависимость изменения величины эффекта памяти формы(ΔD/ΔD1) от числа циклов (N/Nf). [12]411.2.3.
Механизм накопления дефектов при термоциклированииХорошометаллыизвестно,всегдачтосодержатдислокации, при этом во времямартенситногопревращенияихплотность увеличивается [18,74].Увеличение плотности дефектов,происходящеевовремямногократных теплосмен, являетсяпричинойизменениясвойствсплавов с памятью формы [18,20].Однако,остаѐтсявопросотомнерешѐннымкакпроисходитименнонакоплениепластической деформации. БолееРисунок 19 Зависимости деформации(Strain) от температуры (Temperature) длясплава Ti–42Ni–8Cu, сплошная линияохлаждение и нагрев до разгрузки,пунктирная линия - нагрев послеразгрузки. [26]тоговнакоплениеразличныхсплавахпластическойдеформация может происходить какво время прямого, так и во времяобратногопревращения.Авторы[26] приводят в пример простой эксперимент: образцы сплава Ti–42Ni–8Cuохлаждают в интервале температур прямого мартенситного превращения поднагрузкой 100 МПа, после реализации эффекта пластичности превращения образецнагревали, затем в некоторый момент нагрев останавливали и производилиразгрузку, после чего продолжали нагрев до конца обратного мартенситногопревращения.
На рисунке 19 представлены полученные зависимости деформации оттемпературы, видно что, если разгрузку осуществить до начала обратного42мартенситного превращения, то восстановление будет совершенным, если разгрузкаосуществляется во время обратного превращения, то наблюдается незамкнутостьпетли деформации. То есть происходит пластическая деформация. Исходя из этогоавторы [26] делают вывод о том, что пластическая деформация происходит во времяобратного перехода.Стоит отметить то, что ранее в работе [27] Лью (Liu) и МакКормик(McCormick) показали, что пластическая аккомодация может происходить, как вовремя прямого, так и обратного превращения, при этом соотношение накопленнойпластической деформации во время прямого и обратного превращения зависит отмногих факторов, таких как термообработка, величина внешней нагрузки, типпревращения и других [27].
В таблице 3 представлены значения пластическойдеформации, накопленной во время прямого εpf и обратного εpr, а такжевосстановленной деформации εr при различных температурах отжига и значенияхнагрузки для образцов сплава Ti - 50.2 ат. % Ni. При этом соотношение εpf/εprменяется в широком диапазоне от 0,3 до 0,6. Таким образом, момент накопленияпластической деформации может отличаться не только для различных сплавов, но изависит от условий реализации мартенситных превращений и предварительнойтермомеханической обработки.Таблица 3.
Зависимость пластической деформации, накопленной во время прямогопревращения εpf, обратного εpr и восстановленной деформации εr от температурыотжига и величины действующего напряжения. [27]43Тем не менее, в работах [15,20,25] показано, что в сплавах на основе TiNiблизких к эквиатомному составу, основное накопление пластической деформациипроисходит во время прямого перехода.Рисунок 20 Изображения, полученные при охлаждении и нагреве сплава Ti - 50,4 ат.% Ni через интервал мартенситных превращений в колонне просвечивающегоэлектронного микроскопа. [20]Рассмотрим механизм увеличения плотности дислокаций во время прямогоперехода, предложенный авторами [20].
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
