Диссертация (1150863), страница 15
Текст из файла (страница 15)
В случае биметалла “Ti49,3Ni50,7 – Ti50Ni50” последующаятермообработка может быть использована не только для восстановления структурыкомпозита после сварки, но и для изменения фазового состава слоев составляющихкомпозит. Так после отжига 600оС в течение одного часа оба слоя композитанаходятся в B2-фазе, однако, после отжига при температуре 450оС в течение двухчасов, слой Ti49,3Ni50,7 имел ромбоэдрическую структуру, а слой Ti50Ni50 по-прежнемуоставался в кубической B2-фазе. Таким образом, было показано, что термообработкабиметаллических композитов, полученных методом сварки взрывом, может бытьиспользована как эффективный метод воздействия для достижения желаемогофазового состава сплавов TiNi, входящих в их состав.83843.1.4.
Обратимая деформация биметаллических образцовДля исследования обратимой деформации в биметаллических композитахиспользовали методику трехточечного изгиба, описанную в Главе 2. Согласнометодике, деформирование и разгрузка биметаллических образцов производится припостоянной температуре, а сама температура деформирования должна быть выбранатакой, при которой функциональный слой биметаллического композита находится внизкотемпературноммартенситномсостоянии.Такимобразом,температурадеформирования биметаллического композита “сталь Х18Н10Т – Ti49,3Ni50,7” должнабыть ниже температуры Мк. В то же время, в композите “Ti49,3Ni50,7 – Ti50Ni50” притеплосменахобаслояпретерпеваютфазовыепревращениевразличныхтемпературных интервалах, однако роль функционального слоя играет только слойTi50Ni50.
В связи с этим температуру деформирования композита “Ti49,3Ni50,7 – Ti50Ni50”выбралитакимобразом,чтобыслойTi50Ni50композитанаходилсявнизкотемпературном мартенситном состоянии, а упругий слой, обладающийпсевдоупругими свойствами, в высокотемпературном аустенитном состоянии. Дляопределения температур деформирования прибегли к анализу кривых ДСК,полученных ранее при охлаждении и нагреве биметаллических композитовподвергнутых термообработкам при температурах 600оС и 450оС (Рисунок 38 иРисунок 39).
В результате, деформирование биметаллического композита “стальХ18Н10Т – Ti49,3Ni50,7” проводили при температуре жидкого азота (-196оС), адеформирование композита “Ti49,3Ni50,7 – Ti50Ni50” проводили при температуре 55оС,приближаясь к ней со стороны низких температур (Рисунок 40). Известно, что вникелиде титана величины деформационных эффектов связанных с фазовымипревращениями существенно больше в том случае, если предварительноедеформирование сплава производилось растяжением, нежели сжатием.
Исходя ихэтого, биметаллические образцы деформировали таким образом, чтобы внешняяповерхность функционального слой композитов испытывала растяжение, а внешняяповерхность упругого слоя испытывала сжатие.85(а)(б)Рисунок 40. Кривые ДСК, полученные при нагревании композита “сталь Х18Н10Т – Ti49,3Ni50,7”(а) и композита “Ti49,3Ni50,7 – Ti50Ni50” (б) после термообработок при температурах 600оС и 450оС.Звездами отмечены температуры, при которых проводили деформирование соответствующегокомпозита.На Рисунке 41 представлены диаграммы деформирования биметаллическихобразцов после различных режимов термообработки.
Главной особенностьюдиаграмм деформирования является то, что после участка пластического течения суменьшающимся коэффициентом деформационного упрочнения следует участок, накотором коэффициент деформационного упрочнения возрастает. На некоторыхдиаграммах отчетливо выявляетсяпромежуточный участок с постояннымкоэффициентом. Такое механическое поведение характерно для сплавов на основеникелида титана, как и для других материалов с памятью формы [7]. Оно обусловленотем, что в таких сплавах реализуется два механизма пластической деформации.Пределтекучестипереориентацияхарактеризуетмартенситныхнапряжение,прикоторомвариантов.
После окончанияначинаетсяпереориентацииматериал упрочняется, и наблюдается второй предел текучести, характеризующийнапряжение начала дислокационного скольжения. Второй предел текучести надиаграммах Рисунка 41 не был достигнут. По диаграммам деформированиябиметаллических образцов до различных значений предварительной деформации86были определены значения предварительной деформации (εпр) и значения остаточнойдеформации после разгрузки (εост).(а)(в)(б)(г)Рисунок 41. Диаграммы деформирования биметаллических композитов. (а) - биметалл“сталь Х18Н10Т – Ti49,3Ni50,7” после отжига при температуре 600оС в течении одного часа, (б)биметалл “сталь Х18Н10Т – Ti49,3Ni50,7” после отжига при температуре 450оС в течении одногочаса, (в) - биметалл “Ti49,3Ni50,7 – Ti50Ni50” после отжига при температуре 600оС в течении одногочаса, (г) - биметалл “Ti49,3Ni50,7 – Ti50Ni50” после отжига при температуре 450оС в течении одногочаса87После деформирования и разгрузки, биметалл нагревали до температуры вышетемпературы Aк для реализации эффекта памяти формы в функциональном слое.
Этотпроцесс сопровождается восстановлением деформации биметаллом и генерациейнапряжений в упругом слое. На Рисунке 42 представлены примеры зависимостейизменениядеформацииприизменениитемпературы,полученныевходеэкспериментов. Эти кривые характеризуют первый нагрев биметаллических образцовпосле разгрузки.
По графикам были определены величины восстанавливаемойдеформации (εпф) при первом нагревании, связанные с реализацией эффекта памятиформы.Восстановлениедеформациипринагреваниисопровождаетсядеформированием упругого слоя, при этом в биметалле возникают напряжения.(а)(б)Рисунок 42. Изменение прогиба f при первом нагреве после разгрузки, наблюдаемое вбиметаллических композитах “сталь Х18Н10Т – Ti49,3Ni50,7” (а) и “Ti49,3Ni50,7 – Ti50Ni50” (б)При последующем термоциклировании биметаллических композитов в течение5-ти термоциклов в интервале температур мартенситных превращений, протекающихв функциональном слое, наблюдали обратимое формоизменение образцов.
НаРисунке 43 в координатах “деформация – температура” приведена иллюстрацияобратимого деформирования биметалла “Ti49,3Ni50,7 – Ti50Ni50” при повторяющихся88теплосменах. Из полученных зависимостей деформации от температуры былиопределены величины обратимой деформации (εобр), наблюдаемой при нагреве.Рисунок 43. Изменение деформации при термоциклировании биметалла “Ti49,3Ni50,7 – Ti50Ni50”после предварительного деформирования и нагрева.Очевидно, что если бы в биметаллическом композите функциональный слойимел бы бесконечно малую толщину, то никакого обратимого формоизменения притермоциклировании после предварительного деформирования и разгрузки, ненаблюдалось. Аналогично, в случае, когда толщина упругого слоя в композите имелабы бесконечно малую толщину, формоизменение в процессе термоциклирования,если бы и наблюдалось, то было бы связано с реализацией эффекта обратимой памятиформы в TiNi.
В связи с этим, разумно предположить, что для каждогобиметаллического композита, существует оптимальное соотношение толщинупругого и функционального слоёв, при котором будет наблюдаться максимальнаявеличина обратимой деформации.Для нахождения наилучшего соотношения толщин слоев, были изготовленыобразцы биметаллических композитов “сталь Х18Н10Т – Ti49,3Ni50,7” и “Ti49,3Ni50,7 –Ti50Ni50” с различным соотношением толщин слоев. Для этого исходныебиметаллические образцы стачивали со стороны одного из слоев на шлифовальномкруге до достижения различного соотношения толщин слоев. Исходное отношениетолщины функционального слоя к общей толщине биметаллической пластины89равнялось 67% для биметалла “сталь Х18Н10Т – Ti49,3Ni50,7” и 33% для биметалла“Ti49,3Ni50,7 – Ti50Ni50”.
Для исследования влияния соотношения толщин слоев наспособностькомпозитовдемонстрироватьобратимоеформоизменениепритермоциклировании использовалась методика трехточечного изгиба. При этомвеличина предварительной деформации была неизменна для всех исследуемыхобразцов и составляла 5%.На Рисунке 44 представлена зависимость величины обратимой деформации,наблюдаемой в первом термоцикле, от соотношения толщин слоев композита k.Соотношение толщин слоев композита вычислялось как отношение толщиныфункционального слоя (слой Ti49,3Ni50,7 – в случае композита “сталь Х18Н10Т –Ti49,3Ni50,7” и слой Ti50Ni50 – в случае композита “Ti49,3Ni50,7 – Ti50Ni50”) к общейтолщине исследуемого образца.
Из представленных зависимостей видно, чтооптимальным для композита “сталь Х18Н10Т – Ti49,3Ni50,7” является случай, когдаотношение функционального слоя к общей толщине образца составляет 60 – 65 %(Рисунок 44а). В то же время, оптимальным соотношением толщин для композита“Ti49,3Ni50,7 – Ti50Ni50” является то, при котором толщина слоя Ti50Ni50 составляет 55 –60 % от общей толщины композита (Рисунок 44б).(а)(б)Рисунок 44. Влияние отношения толщины (k) композитов “сталь Х18Н10Т – Ti49,3Ni50,7” (а) и“Ti49,3Ni50,7 – Ti50Ni50” (б) на величину обратимой деформации при нагревании в первомтермоцикле.90Результатыисследованияподтвердилифактсуществованиянекогооптимального показателя геометрических параметров композитов, при которомследует ожидать проявления наиболее высоких величин деформации, связанных среализацией эффектов памяти формы.
Для биметалла “сталь Х18Н10Т – Ti49,3Ni50,7”оптимальное соотношение толщин функционального слоя к общей толщинесоставило 60-65 %, а для биметалла “Ti49,3Ni50,7 – Ti50Ni50” – 55 – 60 %.Очевидно, что величина обратимой деформации термобиметаллов с памятьюформы определяется не только отношением толщин слоев функциональной и упругойсоставляющей, но и величиной предварительной деформации. Это обусловленовлиянием предварительной деформации на эффекты памяти формы и обратимойпамяти формы в никелиде титана [8,83]. В связи с этим, в настоящей работе быловыполнено исследование влияния предварительной дформации на эффектыобратимости деформации в исследуемых биметаллических композитах.Исследование проводили по методике трехточечного изгиба на образцах соптимальнымиподвергнутыесоотношениямиразнымтолщинтермообработкам,слоёв.изгибалиБиметаллическиедоразличныхполосы,значенийпредварительной деформации и разгружали.НаРисунке45представленызависимостивеличиныдеформации,восстановленной после первого нагрева εпф, от величины остаточной деформациипосле разгрузки εост.
Данные зависимости были получены для биметаллическихобразцовсоптимальнымсоотношениетолщин,подвергнутыхразличнымтермообработкам. Способность биметаллических композитов восстанавливатьдеформацию оценивали величиной коэффициента возврата (K), вычисленного какотношение величины деформации, восстановленной при нагреве, к величинеостаточной деформации после разгрузки.
Из Рисунка 45а видно, что вбиметаллическом образце “сталь Х18Н10Т – Ti49,4Ni50,6” после отжига притемпературе 600оС в течение одного часа величина эффекта памяти формы достигает3% при величине остаточной деформации 5,4 % и далее уменьшается с увеличением91степени предварительной деформации. Это может быть связано с тем, что большаяпластическая деформация, что способствует подавлению способности сплава TiNiвосстанавливать неупругую деформацию [84]. После отжига при температуре 450оС втечение двух часов величина эффекта памяти формы линейно увеличивается привозрастании предварительной деформации до 6,3 %.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
