Введение к работе
Актуальность проблема. В последнее время все более широкое практическое применение находят сплавы, проявляющие эффект памяти формы (ЭПФ). Поэтому интерес к ним со стороны исследователей, технологов и конструкторов непрерывно возрастает. Сплавы с памятью формы (СПФ) используются в различных областях техники (авиакосмическая, приборостроение, спецмашиностроение, бытовая, и др.). При этом особенно перспективной областью применения СПФ, как показывает мировой опыт, является медицинская техника, в которой используются СПФ на основе Ti-Ni (никелид титана или нитинол).
СПФ - функциональные материалы, которые обеспечивают возможность реализовывать служебные характеристики конструкций и устройств, недостижимые при использовании других материалов.
Функциональные свойства СПФ (обратимая деформация, температурный интервал восстановления формы, температурный интервал легкой деформации, критическое напряжение легкой деформации, реактивное напряжение и др.) являются структурночувствительными. Причём это касается как особенностей кристаллических структур фаз, непосредственно участвующих в термоупругом мартенситном превращении, так и исходного субструктурного состояния сплава, в котором осуществляется данное превращение. Поэтому эффективными способами управления функциональными свойствами СПФ являются термическая и термомеханическая обработка. Одна из особенностей СПФ заключается в том, что многие их фундаментальные физические свойства одновременно являются и непосредственно потребительскими, функциональными свойствами. Так, критические температуры мартенситных превращений определяют температурные интервалы восстановления формы и лёгкой деформации, наводящей ЭПФ, предел текучести аустенита служит естественной мерой развиваемого сплавом реактивного напряжения, а максимальная деформация решётки при мартенситном превращении есть не что иное как теоретический ресурс обратимой деформации.
Таким образом, параметры кристаллической решетки аустенита и мартенсита являются фундаментальными характеристиками сплавов, проявляющих эффект памяти формы, поскольку деформация решетки при мартенситном превращении определяет ресурс обратимой деформации - важнейшего функционального свойства этих сплавов. Как известно, наилучшим сочетанием обратимой деформации и других функциональных свойств памяти формы обладают сплавы на основе никелида титана. В бинарных сплавах Ti-Ni кристаллическая решетка мартенсита, образующегося непосредственно из В2-аустенита или через промежуточную R-фазу с ромбоэдрической структурой, - моноклинная типа В19'.
Без знания концентрационной и деформационной зависимостей параметров решетки наши представления о возможностях управления обратимой деформацией всегда будут не полными. В то же время, к моменту начала этой работы, существование концентрационной
Таблица 1 - Параметры решетки В19'-мартенсита в бинарных сплавах Ti-Ni по данным работ разных авторов *
16/
49.75
Закалка 1000 С, 1ч.
Рассчитано по За;
Приведено в /121.131/
Рассчитано по дш
/132/
Отжиг 800 С
~-50
Рассчитано по Эш
* Нумерация источников по диссерттрш.
зависимости параметров решетки В19'-мартенсита в бинарных сплавах Ti-Ni оставалось под вопросом, а деформационная зависимость - вообще не изучалась.
Действительно, если рассмотреть совокупность известных результатов измерений параметров решетки В 19'-мартенсита в бинарных сплавах Ti-Ni вблизи эквиатомного состава (см. Табл 1.), то можно отметить следующее:
(1,0 0.455
, R,eO.«1
* 8 %
% о о о
<>
:
. R..0.+17
./
і) Большой разброс результатов (см.
рис.1 Л, полученных в разных исследо
ваниях, не позволяет судить о
закономерном концентрационном измене
нии параметров решетки. Тем более, что в
ряде работ номинальное содержание
никеля в сплаве не соответствует
положению температуры начала
' мартенситного превращения (точки Ms),
R„o 0.518
которая определяется содержанием никеля в твердом растворе.
R," 0.713
"Л R,»0,2M
О %1
/ R „о 0.032
о0 88 о.
2) Не учитываются температурные
зависимости параметров решетки В19'-
мартенсита.
V. *
3) Не ясна роль структурного
состояния исходной высокотемпера
турной фазы (В2-аустенит или промежу
точная R-фаза, наличие дислокационной
субструктуры, внутренных напряжений).
См. от.%
Fflc, 1 - Оценка коэффициента корреляции между
параметрами решетки Ш9*-мартспснта и номинальным
содержанием Ni в сплавах ТІ-Ni по данным розных авторов
(а качестве пояснении к табя. I)
Ri - по приселенным в литературе значениям параметров (о)
Лі - по рассчитанным в ладной работе, исходя т лифрактограмм
разных UDTOpOQ (#)
Ко- совокупный результат
4) Рассчитанные значения парамет
ров решетки существенно зависят от
конкретного способа расчета параметров
и количества используемых рентге
новских линий.
л В этой связи резонно было провести
структурное исследование бинарных
сплавов Ti-Ni разных составов в одинаковых экспериментальных условиях, используя один и
к тот же набор рентгеновских линий и один способ расчета параметров решетки моноклинного
мартенсита.
Целью работы было изучить влияние концентрации никеля, температуры, деформационного воздействия, а также исходного структурного состояния исходной высокотемпературной фазы на параметры решетки В19'-мартенсита в бинарных сплавах Ti-Ni с памятью формы.
Основная научная новизна работы заключается в следующем:
Установлена зависимость параметров решетки закалённого В19'-мартенсита и деформации решетки при мартенсотиом превращении от концентрации никеля в твердом растворе в заэквиатомных по никелю бинарных СПФ Ti-Ni. В доэквиатомном интервале концентраций никеля параметры решетки закаленного В19'-мартенсита и состав фазы TiNi не изменяются при изменении содержания никеля в сплаве.
Установлено анизотропное-влияние исходного напряжённого состояния аустенита (рекристаллизованное состояние, фазовый и/или деформационный наклёп, внешнее напряжение) на параметры решётки образующегося В19'-мартенсита, определяемые дифракционными методами. Основное влияние в указанном эффекте оказывают растягивающие компоненты полей напряжений от дислокационной субструктуры и/или остаточных напряжений другого происхождения.
ш Показано, что изменение схемы мартенситного превращения от В2—>В19' к '
В2—»R—*В19' не приводит к изменению параметров решетки образующегося В 19'-мартенсита и их температурных зависимостей в интервале прямого мартенситного превращения.
Практическая иенностъ: Показано, что переход от заэквиатомных по никелю сплавов к эквиатомному приводит к увеличению теоретического ресурса обратимой деформации. Но при этом надо иметь в виду, что, во-первых, повышается температурный интервал восстановления формы. Кроме того, максимальная полностью обратимая деформация эквиатомного сплава на практике гораздо меньше, чем у заэквиатомного. Её можно существенно увеличить, повысив предел текучести аустенита термомеханической обработкой, но это, в свою очередь, может привести к уменьшению теоретического ресурса обратимой деформации. Эта ситуации нуждается в более подробном исследовании.
На зашиту выносятся:
Обнаруженные экспериментально концентрационные зависимости параметров решетки В19'-мартенсита в бинарных сплавах Ti-Ni с памятью формы. ,
Результаты определения деформации решетки при мартенситном превращении в эквиатомном и заэквиатомном по никелю сплавах Ti-Ni.
0 Обнаруженное экспериментально различие между параметрами решетки j
мартенсита, образовавшегося из рекристаллизованного (при закалке) и наклепанного аустенита; отсутствие влияния пластической деформации мартенсита (до 25 %) на параметры его решетки.
Обнаруженное экспериментально влияние растягивающего напряжения на
изменение параметров решетки мартенсита при прямом мартенситном превращении.
Доказанное отсутствие связи изменения параметров решетки образующегося В19'-мартенсита и их температурных зависимостей с юменением схемы образования мартенсита от В2—В19' и 82—R— В19'.
Апробаиия работы и публикации. Основные положения и отдельные разделы диссертации были доложены и обсуждены на -XXXVIII семинаре «Актуальные проблемы прочности» памяти В.А. Лихачева (Санкт-Петербург, 2001 г.), Научно-техническом семинаре «Бернштейновские чтения по термомеханической обработке металлических материалов» (Москва, 2001 г.), 1йи2й Евроазиатской конференции «Прочность неоднородных структур, ПРОСТ-2002, ПРОСТ-2004» (Москва, 2002, 2004), Международной конференции "International Conference on Martensitic Transformations, ICOMAT'02" (Эспо, Финляндия, 2002), XL Международном семинаре «Актуальные проблемы прочности» (Великий Новгород, 2002 г.), Международной конференции "Shape Memory Alloys: Fundamentals, Modeling, and Applications, AMF-FMA 2003" (Монреаль, 2003), 2Ш Русско-Японском семинаре "Prospective Technologies, Materials and Equipments of Solid-State Electronic Components" (Москва, 2003), Международной конференции «Фазовые превращения и прочность кристаллов», памяти академика Г.В. Курдюмова (Черноголовка, 2004), Международной конференции «Актуальные проблемы прочности» (Витебск, 2004)
Основное содержание диссертации опубликовано в 10-ти печатных работах.
Структура и объем работы. Диссертация изложена на стр. машинописного
текста, состоит из введения, _6_ глав и выводов. Включает рисунков, __ таблицы,
библиографический список из 146 наименований.
