Введение к работе
Актуальность темы. Эффект памяти формы и сверхэластичиость, обусловленные мартенситным превращением, вызывают на протяжении последних десятилетий устойчивый интерес физиков к никелиду титана. Накопленные в последние десятилетия знания позволили перейти к практическому применению материала в различных областях техники и медицине. В частности, применение никелида титана преддереходного состояния в качестве матрицы композиционного материала показало его высокую эффективность.
Экспериментальные исследования мартенситного превращения можно разделить на две части: проводимые в течение определённого интервала времени при фиксации внешних параметров (температуры, нагрузки и др.) и непосредственно в процессе превращения. Очевидно, что последние являются более перспективными, так как дают информацию о кинетике процесса. Одним из основных методов является реитгенодифракционный, где эксперименты проводятся, либо в статическом режиме, последовательным сканированием по углу отражения, либо в динамике, но с фиксированным углом дифракции. Поэтому трудно получить совокупность характеристик мартенситного перехода в процессе динамического воздействия.
Известно, что с использованием синхротронного излучения (СИ) и параллельного многоканального детектора возможна реализация так называемого метода рентгенодифракционного кино, обладающего высоким временным разрешением и позволяющего получать рентгенограммы непосредственно в процессе воздействия на материал (in situ).
Учитывая, что рентгенодифракционные in situ исследования мартенситного превращения в TiNi проводились ранее только на дифрактометрах, представляется актуальным изучить характеристики превращения методом рентгенодифракционного кино, непосредственно как в процессе температурного, так и механического воздействия на материал. Это позволит изучать кинетику превращений, фиксируя одновременно параметры атомных решёток всех присутствующих фаз, определять фазовый состав в каждый момент времени, динамику накопления микронапряжений 1-го и 2-го рода, статических и динамических атомных смещений..
Цель и задачи работы. Целью настоящей работы явилось изучение in situ методом рентгенодифракционного кино изменения структуры никелида титана в ходе деформационного и температурного мартенситных превращений.
В соответствии с поставленной целью определены конкретные задачи исследования:
-
Определить изменения параметров кристаллических структур никелида титана и рентгенографический объёмный эффект в процессе термоупругого мартенситного превращения.
-
Проследить за эволюцией параметров кристаллической структуры и рентгеновских атомных смещений при термоциклировании никелида титана через интервал мартенситных превращений.
-
Исследовать in situ специфику деформационного мартенситного превращения при различных начальных состояниях никелида титана.
На защиту выносятся следующие положения:
-
Совокупность экспериментальных результатов по исследованию in situ мартенситного превращения в TiNi, включая зависимости параметров решёток В2 и В19' от температуры и от доли превратившегося материала, рентгенографические объёмные эффекты превращений.
-
Эволюция микроструктуры эквиатомного TiNi при его термоциклировании состоит в росте статических и снижении динамически* атомных смещений В2-фазы, при смене последовательности прямого превращения от В2—>В19' kB2h>Rh>B19'.
-
Деформационное мартенситное превращение в материале с наличием температурного мартенсита может проходить через стадию обратного превращения в аустенит: В19'т-»В2-»В19'д.
Научная новизна. Впервые исследование мартенситного превращения в TiNi проведено методом рентгенодифракционного кино с использованием СИ. Это позволило изучить особенности последовательности превращений из различных структурных состояний сплавов, поведение параметров кристаллических структур, накоплешіе внутренних напряжений, непосредственно в процессе температурных или механических внешних воздействий на материал, с временным разрешением до 0.1 с.
Практическая ценность работы состоит в том, что применённый рентге-нодифракционный метод in situ с временным разрешением для изучения мар-тенситного превращения в никелиде титана позволяет производить широкий выбор температурно-деформационных режимов эксперимента, приближая его к реальным условиям практического использования материала. Это особенно важно для материалов, используемых в условиях динамических внешних воздействий.
Прямым методом, непосредственно в процессе воздействия на поликристаллический TiNi, определены температуры превращений, рентгенографические объёмные эффекты, протяжённость и механизмы отдельных стадий деформации, установлена возможность аномального хода превращения, оценена локальная неравномерность деформации и превращения..
Реализация локального рештенодифракшюнного метода in situ даёт возможность вплотную подойти к изучению структурных изменений в материале в условиях неоднородно-напряжённого состояния композита.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы обсуждались на заседаниях семинаров лабораторий композиционных керамических материалов и физики прочности ИФПМ СО РАЯ, на следующігх конференциях и симпозиумах: Всесоюзная конференции по мартенситным превращениям "Мартенсит-91", Косов, 1991 г.; Международный симпозиум-выставка по материалам с эффектом памяти формы "SMM-94", Китай, Пекин, 1994 г.; III Российско-китайский симпозиум по перспективным материалам, Калуга, 1995 г.; IV Международная конференция "Компьютерное конструирование перспективных материалов и технологий, CADAMT'95", Томск, 1995 г.; X Международная и XI Российская конференции по использованию синхротронного излучения, "SR-94" и "СИ-96", Новосибирск, 1994 и 1996 гг.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 11 работ.
Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка цитируемой литературы, содержит 50 рисунков, 2 таблицы, список литературы из 143 наименований - всего 174 страницы машинописного текста.
