Диссертация (1150440), страница 3
Текст из файла (страница 3)
– 2014. – P.187.16. Bragov A., Danilov A., Konstantinov A., Lomunov A., Motorin A., Razov A.Straining of metastable austenite as a way to improve NiTi alloy functionalproperties // Materials Today: Proceedings. 2015. V.2, Suppl.3. P. S961-S964.(ВАК, Scopus, WoS)17. БраговА.М.,ДаниловА.Н.,РазовА.И.Моторин А.С.,КонстантиновА.Ю.,ЛомуновСтруктурно-механическиеА.К.,аспектывысокоскоростного деформирования сплава NiTi // Физика металлов иметалловедение. 2015. Т.
116, № 4. С. 408-415. (Bragov A., Danilov A.,Konstantinov A., Lomunov A., Motorin A., Razov A. Mechanical and structuralaspects of NiTi high-rate deformation // The Physics of Metals and Metallography.2015. V. 116, N 4. P. 385-392). (ВАК, Scopus, WoS)18. Grigorieva V., Danilov A., Motorin A., Ostropiko E., Razov A. Shape memoryeffects in NiTi alloy after high-strain-rate tension // 10th European Symposium onMartensitic Transformations (ESOMAT2015), Sept. 14-18, Antwerp, Belgium /Abstracts.
2015. 1p.19. Евард М.Е., Моторин А.С., Разов А.И. Компьютерное моделированиемеханическогоповедения//МатериалыВсероссийскойнаучнойконференции с международным участием «Механика композиционныхматериалов и конструкций, сложных и гетерогенных сред», посвященная 95летию со дня рождения академика И.Ф. Образцова, 15-17 декабря 2015 г., г.Москва, Москва.
– С. 105-107.20. Евард М.Е., Моторин А.С., Разов А.И. Моделирование механическогоповедениясплавадеформированиивTiNiприразличныхвысокоскоростномструктурныхизотермическомсостояниях//XXIIПетербургские чтения по проблемам прочности. К 110-летию со днярождения академика С.Н. Журкова и 85-летию со дня рождения профессораВ.А. Лихачева, 12-14 апреля 2016г., Санкт-Петербург / Сб. материалов. СПб:Изд-во Политехн. ун-та, 2016. С.27-29.15Личный вклад автораРезультаты проведенных исследований отражены в работах 1 - 20.
Вработах 1 - 20 соискатель выполнил основную часть экспериментов, осуществилобработку и анализ полученных экспериментальных данных, в рамкахмикроструктурного подхода провел компьютерное моделирование механическогоповеденияникелидатитанаприквазистатическомивысокоскоростномнагружении в широком интервале температур, участвовал в обсужденииполученных данных и подготовке публикаций. Научный руководитель А.И.
Разовосуществлял общее научное руководство с определением задач исследования,участвовал в обсуждении полученных данных и подготовке публикаций. Вработах 1-5,11 Г.Г. Нахатова помогала в подготовке образцов и проведенииисследований реверсивной обратимой памяти формы. В работе 1 такую жепомощьоказывалА.В. Новосельский.А.А. ГруздковиС.И. Кривошеевучаствовали в работе 7 в части, касающейся использования высокоскоростногомагнитно-импульсного нагружения, результаты которого в данную работу невключены. Во время работ по компьютерному моделированию механическогоповедения никелида титана консультации давали А.Е.
Волков и М.Е. Евард (в томчисле и при подготовке работ 14, 19 и 20). В работах 6, 8, 10, 15-17 А.М. Брагов,А.Ю. Константинов и А.К. Ломунов оказывали помощь при проведениивысокоскоростного растяжения образцов с использованием метода Кольского дляразрезных стержней Гопкинсона.
В работах 8, 10, 13-18 А.Н. Данилов проводилрентгеноструктурные исследования, участвовал в обсуждении результатовисследований и подготовке публикаций. А.Х. Галиева (в работах 7, 8, 10, 13),В.И. Григорьева (в работах 7, 8, 10, 13, 14, 18) и Е.С. Остропико (в работах 7, 8,10, 13, 18) помогали при проведении экспериментальных работ по исследованиюэффектов памяти формы.16Глава. 1.
Аналитический обзорСвойстваразличныхматериаловподдействиемвысокоскоростногонагружения давно привлекают интерес, что связано с большой практическойзначимостью таких исследований для гражданской и военной техники. Этотинтерес не обошел стороной и сплавы с эффектом памяти формы, особенно наоснове TiNi.Мартенситные превращения. Прежде всего, здесь следует отметитьработы, связанные с исследованием воздействия динамического нагружения наоснову эффектов памяти формы – обратимые мартенситные превращения. Первыеработы в этом направлении были сделаны в киевской школе физиковматериаловедов и одной из самых первых работ, в которой изложены результатыисследования влияния ударноволнового нагружения на обратимые мартенситныепревращения в сплаве TiNi, была работа [37].
В исследованиях использовалиобразцы из сплава TiNi эквиатомного состава. Ударно-волновое нагружениепроводили взрывным способом. Размеры и форма образцов в статье приведены небыли. По расчетам авторов давление на фронте ударной волны при нагружениисоставляло 0.1, 1.0 и 2.0 ГПа. Образцы после такой ударно-волновой обработкиподвергаликратковременномуотжигупри500 оC.Послеэтогохарактеристические температуры превращений оценивали по получаемымзависимостям электросопротивления образцов от температуры (Таблица 1.1.).Таблица 1.1.Температуры Ms, Т0 и Аs для различных режимов нагружения.P, ГПаMs, КТ0, КАs, К0,12852993131,03093453872,0438444450Примечание: Здесь Ms, Т0 = (Аs - Ms)/2 и Аs – температуры начала прямогомартенситного превращения, термодинамического равновесия и начала обратногомартенситного превращения, соответственно.17Структурные исследования сплава проводили рентгеновским методом прикомнатной температуре.
В исходном состоянии сплав имел полностьюмартенситнуюструктуру.Сувеличениемдавленияпоявлялисьлиниивысокотемпературной фазы и при высокой степени деформации мартенситнаяфаза практически отсутствовала. Надо сказать, что эти выводы противоречатданным Таблицы 1, так как с увеличением давления температура Ms повышалась,и при комнатной температуре сплав всегда должен был иметь мартенситнуюструктуру.Возможно,взрывноенагружениеоказывалоболеесложноевоздействие на образцы, чем описано в работе. В заключение авторами былсделан качественный вывод о том, что мартенситные превращения чувствительнык ударноволновому нагружению.Исследование мартенситных превращений в никелиде титана, подвергнутомдействию ударных волн, было также описано в работе [38].
Образцы из Ti50.5ат.%Ni в форме пластин без предварительного отжига или закалки подвергалинагружению двумя способами: скользящей ударной волной, созданной взрывомпластического взрывчатого вещества вдоль длинной стороны пластины сдавлением 10 ГПа, и плоской ударной волной с давлением 50 ГПа, созданной спомощью метания металлической пластины. После нагружения образцыохлаждали, а затем термоциклировали. Результаты испытаний показали, чтонагружение ударными волнами вызывало в сплаве анизотропное мартенситноепревращение и приводило к изменению типа обратимой памяти формы саустенитного на мартенситный, характерный для деформирования мартенситарастяжением. Но после нагревания и реализации обратного превращенияобратимая память формы мартенситного типа не сохранялась, и сплаввозвращался к исходному состоянию.
Авторы предположили, что носителямиаустенитной обратимой памяти формы являются частицы фазы выделения Ti3Ni4и дислокационная структура, сформированные при прокатке в аустенитномсостоянии.Распространение границ фазового превращения в поликристаллическомсплаве NiTi с 55.84масс.%Ni и 44.07масс.%Ti при растяжении в сверхупругом18состоянии было изучено в работе [39]. Сплав имел температуру Af около 80°С.Нагружение проводили на установке, реализующей схему Гопкинсона соскоростью деформирования около 102с-1 при температуре 95°С. В процессеисследования было обнаружено, что при нагружении происходит зарождение ираспространение многочисленных фазовых фронтов со скоростью в интервале от37 м/с до 370 м/с, причем центров зарождения могло быть несколько.Две скорости обратимого мартенситного превращения (скорость прямогомартенситного превращения, вызванного напряжением под механическойнагрузкой,искоростьпревращениямеханическираздвойникованноймартенситной фазы при преобразовании обратно в аустенит при нагревании) всплаве NiTi были экспериментально исследованы в работе [40].
Использовалиобразцы из сплавов NiTi-А и NiTi-B. Сплав NiTi-А имел состав 55.9Ni-44.1Ti(масс.%) с Af = 263K. При комнатной температуре 296 K материал находился ваустенитном состоянии. Сплав NiTi-B имел состав 50.8Ni-49.2Ti (ат.%) с Af =333K и при комнатной температуре находился в стабильном мартенситномсостоянии.
На образцах из NiTi-А проводили квазистатические (10-3-10-1 с-1) ивысокоскоростные (донагружениевыполняли4000 с-1) испытаниянана сжатие. Квазистатическоеэлектромеханическойиспытательноймашине,высокоскоростное – на разрезных стержнях Гопкинсона. Образцы из сплава NiTiB использовали для определения скорости восстановления деформации принагревании, их растягивали при комнатной температуре на испытательноймашине Instron с постоянной скоростью 10-3с-1, затем продеформированныеобразцы нагревали.Было замечено, что в сплаве NiTi-А мартенситное превращение, вызванноенапряжением, сопровождается повышением температуры при адиабатическомпроцессе.Например,припостояннойскоростидеформирования10 -2с-1максимальное повышение температуры составляло около 5,5◦C. Псевдоупругостьимела тенденцию к исчезновению с увеличением скорости деформирования иполностью исчезала при достижении скорости деформирования (которую можно19в данном случае считать скоростью прямого мартенситного превращения,вызванного напряжением) 3×103с-1 (Рисунок 1.1).Рисунок 1.1.
Диаграммы напряжение-деформация сплава NiTi-A прискоростях деформирования: от 10-3с-1 до 2500с-1 (а) и от 4×103с-1 до13×103с-1 (b) [40].Рисунок 1.2. Восстановлениедеформации при фиксированнойтемпературе нагрева [40].Рисунок 1.3. Зависимость скоростивосстановления остаточнойдеформации от температуры вовремя нагрева [40].Образцы из сплава NiTi-B после предварительного деформированиярастяжением нагревали двумя способами. Первый заключался в нагреве от 296Кдо 373К через несколько интервалов: сначала образец от комнатной температуры(296К) нагревали до 343К, затем последовательно до 353К, 358К, 363К и 373К,помещая в печь, разогретую до соответствующей температуры.
Во втором случаеобразцы поочередно нагревали до 343К, 353К, 358К, 363К, 373К, измеряя прикаждой температуре скорость восстановления 2.5% остаточной деформации(Рисунок 1.2). Максимальная восстановленная деформация для сплава NiTi-B20составила3%.Приповышениитемпературыскоростьвосстановлениядеформации изменялась нелинейно, достигая максимального значения при 373К(Рисунок 1.3). Верхняя граница скорости восстановления в процессе термическиуправляемого обратного преобразования из раздвойникованного мартенсита ваустенит составляла примерно 0,014мм/с.Механические свойства. При описании исследований, результаты которыхбыли изложены в статье [39] была упомянута методика исследования – речь идето методе Кольского для разрезных стержней Гопкинсона. Вообще, описаниеметодик исследования свойств материалов при высокоскоростном нагруженииможно найти в [41] – это и хорошо известный метод Кольского для разрезныхстержней Гопкинсона, метод Тейлора, эксперименты с ударной пластиной,позволяющие исследовать характеристики распространения волн в материале,взрывное или электромагнитное нагружение кольцевых образцов, методыисследования динамического разрушения, метод Шарпи и др.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
