Особенности микроструктуры и свойства В2-сплавов на основе никеля с термоупругими мартенситными превращениями Юрченко, Людмила Ивановна

Введение к работе

4?Т28льиость_то!яі. Одной из ванных проблем развития физики твердого тела является создание новых сплавов с требуо?лими физико-механическими характеристиками. Большой интерес, в связи с зтигл, представляют сплавы с тердаупругими мартвнситннми превращениями, отличающиэся своястваш памяти формі, сверхупругости, сЕорхплазтичности, высокюд демпфированием, циклической стойкостью п рядом других. Эта сплавы . находят все большое применение в технике к медицине.

Среди материалов с тормоупругями мартенситіш:.ш превращениями особое касто занимают накелид титана и сплави на его основе. Это связано с том, что они нвряду с уникальными эффектами памяти формы и свэрхупругоста обладают комплексом благоприятных физико-механических свойств (прочностью, пластичностью, коррозионной стойкостью и т.д.).

Эффективными методами изменения характеристик сплавов ннкелида титвна являются- их термические и термомоханическпо обработки, а тагагэ логировашю. Легированно и термообработка оказывают существенное воздействие на стабильность высокотемпературной В2-фази, последовательность мартопситних превращений я прэдмяртенситпыз состояния, температургго-концентрвциоппые инторвалы их реализации, а, следовательно, эффект!» памяти формі, . сверхупругостп, прочпость и пластичность.

Широкие возможности практического использования сплавов на основе кикелида титана резко активизировали изучение структурных и фазовых превращений п них. Особалпо интенсивно в последние годы исследуются преддереходгше явления. 3 прэдмартэнснтном состоянии обнаружен ряд новых явлоїшй и структурных состояний, анализ которых позволяет понять микроскопические механизмы измонания устойчивости исходной фази, заровденля и роста картепситЕЫХ фаз. Изучение ггрэдпэреходных явлений л их взаимосвязи с мартепситными переходами имеет пришитиальноо значение для решения одной из фундаментальных проблем физики твердого тела - природа фаз и фазовых превращений.

Шль_и_задачи_работы_л Целью настоящей работы является
исследование предмартенситных явлений, мартенситных

превращений и их взаимосвязи в В2-сплявах никелида титана,
двойных и тройных (легированных железом и медью ) ч никелида
аллюмипия. Эти сплавы, обладая одинаковым гаюм

высокотемпературной фазы (В2), испытывают разные термоупругио
мартенситные препращения. Они отличаются и предмартенситннм
поведением. что позволяет, используя различные

структурно-чувствительные методы, на одних и тех Ж8 материалах и в сопоставимых условиях, провести их комплексное систематическое исследование.

В работе решались следующие конкретные задачи:

1. Методами рентгеноструктурного анализа и просвечивающей электронной микроскопии изучить фазовый состав и микроструктуру сплавов в исходном состоянии.

2. Используя измерения структурно-чувствительных свойств, рентгенографические и электронно-микроскош. шские исследования в широком интервале температур, изучить особенности продпереходных явлений и микроструктуры сплавов с различным содержанием легирующих элементов.

3. Определить критические температуры мортенситных
превращений в сплавах, их последовательность, структурные типы
и особенности микроструктуры мартенситных фаз.

4. Проанализировать связь предмартенситных состояний и
мартенситных преградений, а также механизмы зарождения
кристаллов мартенсита.

Научная_ндвизн1ь В работе впервые проведено систематическое комплексное исследование микроструктуры и свойств В2-сплавов систем Tl-Nl, Tl-Nl-Pe, Ti-Nl-Cu. Nl-Al. Определены структурные типы мартенситных фаз и температурно-концентрационныа зависимости параметров решеток исюдной и мартенситных фаз. Построены диаграммы мартенситных превращений в сплавах ТШ-ТГРе, TiNi-TlCu и Ni-Al и установлены последовательности мартенситных превращений при охлаждении и нагреве. По температурным зависимостям интенсивностей брэггов-ских отражений рентгеновских лучей и упругих постоянных C_ljf измеренных на одних и тех же сплавах, были вычислены температуры Дебая 9», среднеквадратичные смещения атомов (как

динамические, так я статическнз) л . их температурит зависимости.

Обнаружено, что d В2-оплавах іглкелида титана перед В2 >R мартэнсптинч превращением реализуется паобычноо "упругоизотропное" продаартепслтпов размягчение, при котором заргатпоэ уменьшение всех модулей упругости происходит в условиях, близких к изотропным - при А=С₄₄/С'«1. В связи с птвм, вблизп В2<=>П мартепситпого превращения сопротивление таких сплавов упругой деформации становится аномально пязісим по поен кристаллографическим системам сдвига. В В2-сплввах ' ппколпда титвна с В2->В19 картвпсипшм переходом я особенно в сплавах нлколлда ялгминпя контролирущям процесс првдмартвнситлого размягчения является сдвиговый модуль С в условиях анизотропии А>1.

В результате исследований аномального поведения макро- п иакроструктургая характеристик сплавов установлены общие закопоморпостп л механизм формирования предмортенсптпых состояний и предложены микродомешше модели ближнего порядка смешений атомов и промежуточных структур сдвига. Показано, что локализованные в пределах микродоменов смещения атомов формируются по тішу мартонситпых фаз, возмошшх в данных сплавах, что позволяот пх рассматривать в качества структурных прадвестншсов, а фактически,.своеобразных зародышей-мартенсита Научная_п_пдзактическия_ценность. Получеіпшо результаты углубляют представления о закономерностях формирования. микроструктуры и позволяет целенаправленно выбирать пути создания сплавов па основе никелида титана с требуоь:ымл свойствами. Построенные диаграмм мартенснтшх превращений обеспечивают возмояяость с заранее заданной точностью, через изменения химического и фазового состава и используя термообработки, повышать или поникать температуры, регулировать температурные интервалы и последовательность мартенситах превращений, что существенно расширяет воз?даэдости практического использования сплавов с 'эффектом памяти формы. На защиту выносятся:

1. Результаты построения' диаграмм мартенситных превращений в сплавах систем ТШ-Т1?в, TINl-TlCu, N1-A1, темпоратурно-концонтрацнонные зависимости параметров кристал-

лических структур аустенитной и мартенситных фаз и последовательностей прямых и обратных мартенситных превращений.

2. Закономерности изменений физических свойств, вклотая данные о модулях упругости и параметре упругой анизотропии, температуре Дебая, динамических и статических среднеквадратичных смещений атомов, и основанные на микроструктурных исследованиях модели микродоменной структуры сплавов в предмортенситном состоянии.

3. Физические представления о взаимосвязи предпереходных явлений и термоупругих мартенситных превращений в В2-сплавах никелида титана и никелида алтиния.

45Шбяция_работу_л Основные результаты, изложенные в диссертационной работе, докладывались и обсуждались на 10-й Уральской школе металловедов-термистов (УсТинов-1987г.); V Всесоюзном совещании по старению металлических сплавов (Свердловск-1989г.); 7 Всесоюзной конференции по кристаллохимии интерметаллических соединений (Львов-1989г.); Twelth European Crustallographlc meeting (Moscow, USSR, 1989); Школе-семинаре молодых ученых и специалистов по проблемам фазовых превращений в твердом теле "Фазовые преврвщения-ЭСГ (Москва-1990); V Всесоюзном семинаре "Структура дислокаций и механические свойства металлов и сплавов" (Свердловск-1990г.); V Всесоюзном совещании "Структура и свойства немагнитных сталей" (Свердловск-1991г.); Всесоюзной конференции по мартенситам превращениям в твердом теле (Косово-1991г.): VI Совещании по старению металлических сплавов (Екатеринбург-1992г.).