Введение к работе
Актуальность темы. В последние годы усилия многих исследователей
гаправлены на изучение сплавов с термоупругам мартенситным превращением
ТМП), наиболее известными из которых являются: Ag-Cd, Ag-Zn, Cu-Zn-Al,
3u-Al, Cu-Zn-Sn, Fe-Be, Fe-Pt, In-Tl, Nb-Ti, Ni-Al, Ni-Ti. Необычные свойства
ітих сплавов, такие, как память формы (ПФ) и псевдоупругость (ПУ),
тсрывают широкую перспективу их использования в качестве
рункциональных материалов современной техники. Несмотря на значительные лепехи, достигнутые в изучении кристаллогеометрии фазовых переходов. :труктуры и механических свойств сплавов с ТМП, остается немало іерешенньїх проблем, связанных с тонкой структурой, динамикой :онтактирующих фаз, диссипативными процессами и рядом эксплуатационных івойств этих материалов, препятствующих их широкому внедрению. Одна нз іаименее изученных проблем - гистерезисные явления при ТМП.
Закономерности формирования гистерезиса исследуются достаточно (авно, однако физическим аспектам процессов диссипации по-прежнему оделяется мало внимания. Остается невыясненным влияние гистерезиса на зшетику фазового перехода, вклад разных по своей природе процессов в >бщий уровень потерь. Это относится как к деформационному, так и к емпературному гистерезису.
Другое малоизученное явление - двойниковая псевдоупругость
іартенситньїх фаз («резиноподобное» поведение), обнаруженная в некоторых
іистемах с ТМП. Отсутствие надежных экспериментальных результатов,
іаправленньгх на выяснение природы «резнноподобного» поведения, а также,
іазирующихся на этих результатах, модельных представлений, существенно
іграничивает возможности практического использования этого эффекта и <
(иктует необходимость поиска новых подходов к его раскрытию.
Среди металлических систем, проявляющих ТМП, сплавы на основе «единения Cu-Al отличаются высокими характеристиками термоупрутих войств и низкой себестоимостью, что делает их привлекательными для фомышленного внедрения. Особенно ярко эффекты ПФ и ПУ проявляются- в юнокристаллах Cu-Al-Ni, к которым в полной мере относятся и перечисленные Mine проблемы. До сих пор нераскрыты в деталях взаимосвязь полей нутренних напряжений с потерями при ТМП, механизмы диссипации энергии іри росте кристаллов новой фазы. В значительной степени неясна движущая ила, вызывающая обратимое движение двойниковых границ мартенситной у,'-)азы сплава Cu-Al-Ni, природа релаксационных процессов, лежащих в основе
этого явления. Нет физически обоснованных представлений о перестройк решетки в условиях «резиноподобкого» поведения.
Потребность в изучении перечисленных проблем продиктована, прежді всего, практической необходимостью разработки сплавов с заданным! свойствами ПУ и ПФ, широкой перспективой их использования в науке і технике.
Диссертация является частью комплексных исследований, проводимых н; кафедре «Материаловедение и физика металлов» Воронежской государственного технического университета по плану госбюджетной научно исследовательской работы «Структурные и фазовые превращения і быстрозакаленньгх сплавах с эффектом памяти формы» - ГБ. 12/97, и в рамка> проекта «Создание Учебно-научного центра «Металлургия» Федерально? целевой программы «Интеграция»»
Цель и задачи работы. Исследовать закономерности формирована гистерезискых потерь и проявления эффекта двойниковой псевдоупругости і монокристаллах Cu-Al-Ni, раскрыть физическую природу процессов, ответственных за эти явления.
В соответствии с целью в работе были поставлены следующие задачи:
- изучить влияние размерного фактора на гистерезисные свойства
монокристаллов Cu-Al-Ni при ТМП;
-разработать компьютерную программу . моделирования псевдоупругого поведения монокристаллов при ТМП;
- оценить влияние скорости деформирования, числа межфазовых
границ, однородности образца по сечению и химическому составу на
псевдоупругие свойства и механический гистерезис монокристаллов
Cu-Al-Ni при ТМП;
изучить влияние старения, а также температуры, скорости и режима деформирования на деформационные кривые и диссипативные свойства монокристаллов Cu-Al-Ni при псеадоупругом двойниковании {121}у/;
методами рентгенографии исследовать кристаллическую структуру "ft'-фазы сплава Cu-Ai-Ni до и после старения;
иа основании полученных экспериментальных данных разработать модель перестройки структуры кристаллов Cu-Al-Ni в условиях псевдоупругого двойникования {121 }f{.
Научная новизна. Исследована влияние размерного фактора на температурили и деформационный гистерезис монокристаллов Cu-Al-Ni при ТМП. Установлено, что величина н форма петли гистерезиса при ТМП существенным образом зависят от диаметра образца, его неоднородности вдоль длины по химическому составу и площади поперечного сечения.
Методом компьютерного моделирования проведена оценка влияния скорости деформирования, числа фазовых границ, диаметра, неоднородности площади сечения и химического состава образца на потери при деформационном ТМП в монокристаллах Cu-Al-Ni.
Впервые проведено исследование влияния температуры и времени старения, а также температурно-скоростных условий деформирования на псевдоупругое двойникованне {121 }у/ монокристаллов Cu-Al-Ni. Показано, что величина гистерезиса и уровень остаточной деформации при псевдоупрутом двойниковании {121)7/ сплава Cu-Al-Ni определяются процессами атомной перестройки решетки yi'-фазы при старении.
На основе изучения методом рентгеновской дифрактометрии процессов перестройки структуры двойника у/-фазы при старении монокристаллов Cu-Al-Ni предложена физическая модель псевдоупругого двойникования {121}у/, адекватная наблюдаемым закономерностям его проявления.
Практическая ценность. Выявленные закономерности формирования гистерезиса при ТМП могут быть использованы при разработке новых способов прогнозирования свойств - сплавов с ТМП.
Разработанная компьютерная программа моделирования псевдоупрутого поведения монокристаллов позволяет исследовать диссипативные процессы при ТМП в условиях одноосного растяжения (сжатия) образцов любых систем и составов.
Полученные данные о влиянии режимов термообработки и условий деформирования на проявление эффекта обратимого двойникования {121 )yi создают основу для улучшения эксплутадионных свойств монокристаллоз Cu-Al-Ni.
Основные полгехеняя, выносимые иа защиту.
-
Основными факторами, определяющими величину гистерезиса и вид деформационной кривой в условиях псевдоупрутого поведения монокристаллов Cu-Al-Ni, являются скорость деформирования, число фазовых границ, диаметр образца, неоднородность площади поперечного сечения и химического состава образца.
-
Влияние размерного фактора на характеристики ТМП монокристаллов Cu-Al-Ni обусловлено снижением накапливаемой упругой энергии при фазовом переходе, а также возрастанием химичесхой и размерной неоднородности образцов при уменьшении их диаметра.
3. Параметры деформационной кривой (напряжение равновесия
двойниковых границы, величина гистерезиса напряжения и остаточная
деформация) при псевдоупругом двойниковании {121 }у/ монокристаллоз
Cu-Al-Ni контролируются процессами выделения равновесной уг-фазьі н
термоактивационными процессами перестройки атомной структуры при старении.
4. В основе движущей силы обратимого движения двойниковых границ в сплаве Cu-Al-Ni лежат нарушения в расположении атомов решетки мартенситной yi'-фазы, вызванные двойникованием {121)^/.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы были представлены на следующих конференциях и семинарах: XXXII Всероссийском семинаре «Актуальные проблемы прочности» (С.-Петербург, 1996); IX Международной конференции «Взаимодействие дефектов и неупругие явления в твердых телах» (Тула, 1997); Kurdyumov Memorial International Conference on Martensite KUMIKOM'99 (Moscow, 1999); XXXV Всероссийском семинаре «Актуальные проблемы прочности» (Псков, 1999); XX Международной конференции «Релаксационные явления в твердых телах» (Воронеж, 1999); XVIII International Union of Crystallography Congress and General Assembly (Glasgov, Scotland, 1999); ежегодных научных конференциях ВГТУ 1996-1999.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 работ в виде статей и тезисов докладов.
В совместных работах автором самостоятельно получены, обработаны и проанализированы все основные результаты. Постановка задач, определение направлений исследований, обсуждение результатов, подготовка работ к печати и формулировка выводов работы осуществлялись совместно с научным руководителем доктором физ.-мат. наук, профессором А.Т. Косиловым и кандидатом физ.-мат. наук А.Ю. Василенко.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов н списка литературы из 131 наименований. Работа содержит 137 страниц текста, включая 65 рисунков, 3 таблицы.
