Диссертация (1150440), страница 13

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

Текст из файла (страница 13)

Функциональные свойства никелида титана послевысокоскоростного и квазистатического растяженияАнализ функциональных свойств исследуемого сплава TiNi, приобретенныхво время квазистатического и высокоскоростного нагружения, проводили притермоциклировании через интервал температур обратимых мартенситныхпревращений в свободном состоянии в специальном дилатометрическомустройстве, описанном во Введении.

При проведении этих экспериментовпомощь оказывали А.Х. Галиева, В.И. Григорьева и Е.С. Остропико.По полученным зависимостям деформация-температура находили значениядеформации sm, относящейся к эффекту памяти формы при первом нагреве, изначения деформации twsm, относящейся к эффекту обратимой памяти формы принагревании в последующем термоцикле. При первом нагреве наблюдали возвратдеформации как проявление эффекта памяти формы в случае, если послеокончания разгрузки и неконтролируемого охлаждения (если испытаниепроводили при температуре, отличающейся от комнатной) в установке,реализующей метод Кольского для разрезных стержней Гопкинсона, сплав прикомнатной температуре имел в своем составе продеформированный мартенсит(Рисунки 4.1 и 4.2).а)б)Рисунок 4.1.

Зависимость деформации сплава TiNi от температуры впервом цикле нагрев-охлаждение после квазистатического (а) ивысокоскоростного (б) нагружения при 20ºС в мартенситном состоянии доостаточной деформации 7,8 (а) и 11,5% (б).90а)б)Рисунок 4.2. Зависимость деформации сплава TiNi от температуры впервом цикле нагрев-охлаждение после квазистатического нагруженияпри 130ºС (а) и высокоскоростного нагружения при 100ºС (б) ваустенитном состоянии до остаточной деформации 18 (а) и 14,5% (б).Обратимая память формы появлялась сразу в первом цикле только тогда,когда такой мартенситной фазы с остаточной деформацией не сохранялось(Рисунок 4.3).а)б)Рисунок 4.3. Зависимость деформации сплава TiNi от температуры впервом цикле нагрев-охлаждение после квазистатического (а) ивысокоскоростного (б) нагружения при 220ºС в аустенитном состояниидо остаточной деформации 18,5 (а) и 19,5% (б).При последующих охлаждениях и нагревах изменение длины образцовпроисходило только за счет эффекта обратимой памяти формы (Рисунки 4.4, 4.5).91а)б)Рисунок 4.4.

Зависимость деформации сплава TiNi от температуры вовтором цикле нагрев-охлаждение после квазистатического (а) ивысокоскоростного (б) нагружения при 20ºС в мартенситном состояниидо остаточной деформации 7,8 (а) и 11,5% (б).а)б)Рисунок 4.5. Зависимость деформации сплава TiNi от температуры вовтором цикле нагрев-охлаждение после квазистатического нагруженияпри 130ºС (а) и высокоскоростного нагружения при 100ºС (б) ваустенитном состоянии до остаточной деформации 18 (а) и 14,5% (б).В связи с особенностью нагружения растяжением по методике Кольского дляразрезных стержней Гопкинсона большой проблемой является получениеодинаковых полных (и, соответственно, остаточных) деформаций в различныхопытах, несмотря на одинаковые параметры процесса нагружения (масса и длинаударника, давление в баллоне газовой пушки).

Для учета такого рода разброса92остаточных деформаций при анализе зависимостей ЭПФ от температуры, прикоторой проводили деформирование, было использовано классическое отношениеsm/res, где sm – деформация, связанная с ЭПФ, res – остаточная деформация. Этоотношение еще называют «коэффициент возврата деформации». Зависимостьтакого отношения sm/res от температуры, при которой проводили испытания,приведена на Рисунке 4.6.Проведенные эксперименты показали, что эффект памяти формы как послевысокоскоростногодеформирования,такипослеквазистатического,сувеличением температуры испытаний сначала возрастает и достигает максимумапри температурах несколько ниже Аs, а затем уменьшается, полностью исчезаяпри температурах выше 110ºС в первом случае и выше 150ºС – во втором.Отметим, что значение деформаций, связанных с ЭПФ, после высокоскоростногорастяжениятемпературахоказалисьменьше,деформирования.чемпослеКромеквазистатическоготого,ЭПФ,привсехинициированныйвысокоскоростным нагружением, уменьшается с повышением температурыиспытаний быстрее, чем инициированный квазистатическим нагружением.

Впервом случае после деформирования при температурах выше 110ºС ЭПФ уже ненаблюдали, а во втором случае ЭПФ существует вплоть до температуры 150ºС(Рисунок 4.6) [67, 77, 78].Рисунок 4.6. Зависимость отношения величины эффекта памяти формы квеличине остаточной предварительной деформации от температуры, прикоторой проводили нагружение:○ – квазистатическое нагружение,● – высокоскоростное нагружение.93Для учета упомянутого выше разброса остаточных деформаций при анализезависимостей ОПФ от температуры, при которой проводили деформирование,было также использовано классическое отношение twsm/p.

Здесь twsm –деформация, связанная с ОПФ, p= res - sm – необратимая пластическаядеформация). Движущей силой эффекта обратимой памяти формы, конечно,являетсямартенситноепревращение,новажнуюориентирующуюэтопревращение роль играют внутренние напряжения. Именно эти внутренниеориентирующиенапряженияприводяткнакоплениюдеформацииприохлаждении через интервал прямого мартенситного превращения за счет эффектапластичности превращения.

При этом они почти полностью релаксируют.Накопленная деформация при последующем нагреве через интервал температуробратного мартенситного превращения возвращается за счет эффекта памятиформы, замыкая деформационный гистерезис обратимой памяти формы ивосстанавливаявнутренниенапряжения.Генераторомтакихостаточныхвнутренних напряжений на первом этапе (до первого охлаждения через интервалпрямого мартенситного превращения) является необратимая пластическаядеформация p, приобретенная в результате предварительного нагружения, истоящая в знаменателе указанного классического отношения [79, 80].Известно, что в никелиде титана возможны два типа обратимой памятиформы [81, 82]: мартенситного аустенитного типов (Рисунок 4.7).а)б)Рисунок 4.7.

Два типа обратимой памяти формы в сплаве TiNi:ОПФ мартенситного типа (изгиб) (а) [83] и ОПФ аустенитноготипа (кручение) (б) [84].94Эффект ОПФ мартенситного типа (Рисунок 4.7а) обычно наблюдается послепредварительного деформирования сплава, находящегося в мартенситномсостоянии. После первого нагревания и реализации однократной памяти формы,изменение деформации при последующем охлаждении происходит с тем жезнаком, что и предварительное нагружение. Это явление и называют обратимойпамятью формы мартенситного типа. Эффект обратимой памяти формыаустенитного типа (Рисунок 4.7б) возникает после деформирования сплава ваустенитном состоянии и при первом охлаждении через интервал прямогомартенситного превращения изменение деформации происходит со знаком,противоположным знаку предварительно нагружения.

Здесь следует отметить,что в наших испытаниях наблюдались оба эти варианта обратимой памяти формыкак независимо друг от друга (Рисунки 4.8, 4.9), так и во взаимодействии друг сдругом, которое приводило к появлению реверсивной обратимой памяти формыпосле предварительного деформирования в определенном интервале температур.Последний вариант подробно будет рассмотрен ниже в следующей Главе.а)б)Рисунок 4.8.

Зависимость деформации сплава TiNi от температуры вовтором цикле нагрев-охлаждение после квазистатического нагружения вмартенситном (20ºС) (а) и аустенитном (300ºС) (б) состоянии доостаточной деформации 7,8 (а) и 20% (б).95а)б)Рисунок 4.9.

Зависимость деформации сплава TiNi от температуры вовтором цикле нагрев-охлаждение сплава после высокоскоростногонагружения в мартенситном (20ºС) (а) и аустенитном (300ºС) (б)состоянии до остаточной деформации 11,5 (а) и 21% (б).Все значения деформаций, связанных с эффектом обратимой памяти формы,извлеченные из всех подобных диаграмм, сведены на Рисунке 4.10, гдеизображена зависимость отношения twsm/p от температуры, при которойпроводили предварительное нагружение образцов. Значение эффекта обратимойпамяти формы twsm отнесено к значению пластической (в обычном пониманииэтого термина) необратимой деформации p, которую принято считать меройэффекта обратимой памяти формы. На Рисунке 4.10 положительные значениясоответствуют обратимой памяти формы мартенситного типа, а отрицательные –обратимой памяти формы аустенитного типа.

Можно упомянуть, что именнотакая терминология «положительный ОПФ» и «отрицательный ОПФ» изначальнопоявилась и используется в московской школе материаловедов [82]. Первыйтермин («положительный») соответствует эффекту обратимой памяти формымартенситного типа, а второй («отрицательный») – эффекту обратимой памятиформы аустенитного типа.96Рисунок 4.10. Зависимость отношения величины эффекта обратимойпамяти формы к необратимой пластической деформации оттемпературы, при которой проводили нагружение., ▲ – ОПФ мартенситного типа; , ▼ – ОПФ аустенитного типа;,  – квазистатическое нагружение; ▲, ▼ – высокоскоростноенагружение.Отношениеtwsm/p,характеризующееобратимуюпамятьформы,сповышением температуры испытаний возрастает, достигает максимума, а затемуменьшается и меняет знак.

Характеристики

Список файлов диссертации