Введение к работе
Актуальность' проблемы. В ряду сплавов, проявляющих эффект запоминания формы (ЭЗФ), шг.селид титана выделяется наиболее удачным сочетанием высоких специальных свойств, механических характеристик и коррозионной стойкости, поэтому он нашел достаточно широкое применение в различных областях техники (авиакосмической, прчборотроительной, медицинской и др.).
Один из наиболее перспективных путей повышения эффективности практического использования сплавов с ЭЗФ в настоящее время связан с изысканием новых возможностей управления их специальными свойствами за счет различных.способов обработки.
Основными специальными (функциональными) характеристиками ЭЗФ являются величина восстанавливаемой (обратимой) деформации, температурный интервал восстановления формы, а также развиваемое при восстановлении формы в условиях внешнего противодействия реактивное напряжение. Обратимый (мйогократно повторяющийся в цикле нагрев-охлаждение) эффект запоминания формы (ОЭЗФ) характеризуется, кроме того, термоциклической стабильностью величины обратимой деформации, что особенно важно для использования эффекта в устройствах многоразового действия.
Необходимым условием проявления как однократного ЭЗФ, так и ОЭЗФ является наличие в сплаве термоупругого мартснситного превращения, структурные, субструктурные, кристаллографические особенности и температурные условия реализации которого определяют комплекс получаемых в результате проявления ЭЗФ специальных свойств. Эффективными способами воздействия на мартенситные превращения, а следовательно, и на функциональные свойства сплавов с ЭЗФ являются термическая и термомеханическая обработки: высокотемпературная (ВТМО), с деформацией стабильного аустенита В2-фазы, и низкотемпературная (НТМО) с деформацией метастабильного аустенита и/или стабильного мартенсита. '
Влияние ВТМО на комплекс . свойств сплавов Ti-Ni для случая" однократного проявления ЭЗФ исследовано достаточно полно. Установлено, что с помощью ВТМО можно существенно (в 1,5-2,5 раза) повысить максимальное реактивное напряжение и сопротивление деформации аустенита без потери пластичности, а также регулировать характеристические точки температурного интервала мартенситных превращений (ТИМП).
В то же время влияние термомеханической и термической обработок на характеристики ОЭЗФ изучено недостаточно, и соответствующее исследование . представляет значительный интерес для практического использования сплавов Ti-Ni. При этом следует иметь в виду, что ОЭЗФ возникает уже непосредственно в результате ТМО, поэтому важно знать особенности его взаимодействия с ОЭЗФ, наводимым активной деформацией после ТМО.
Воздействие НТМО как перспективного способа наведения ЭЗФ на превращения, структуру, механические и специальные свойства сплавов Ti-Ni систематически не изучено, особенно применительно к используемому на практике сортаменту (тонкая проволока), хотя можно предположить, что разнообразие условий возникновения мартенсита (при охлаждении и деформации), усложнение субструктуры и напряженного состояния, развитие текстуры мартенсита должны оказать влияние на обратное мартенситное превращение, что позволит раздвинуть границы практического применения сплавов с ЭЗФ, Кроме того, использование низкотемпературных схем ТМО позволит значительно облегчить формоизменение материала в ходе деформации при НТМО за счет совпадения интервала температур деформации с интервалами неустойчивости В2-фазы или переориентировки мартенсита в этих сплавах и проявления эффектов пластичности превращения (или переориентировки). '
Влияние НТМО должно сказаться не только на ЭЗФ, проявляющемся за счет анизотропии металла после обработки, ио и на ЭЗФ, наведенном последующим нагружением после НТМО.
Цель работы - изучение особенностей мартенсигных превращений и структурообразования в условиях ВТМО и НТМО сплавов на основе никелида титана для расширения возможностей управления , обратимым эффектом запоминания формы с, помощью термомеханческой и термической обработок, а также регулирования параметров ЭЗФ с использованием НТМО.
Для достижения заданной цели необходимо решить следующие задачи:
-
Исследовать величину и термоциклическую стабильность ОЭЗФ в термически и термомеханичееки обработанных сплавах Ti-Ni, проявляющегося как непосредственно после обработок, так и наведенного последующей активной деформацией.
-
Методами рентгенографического, дилатометрического, электронно-микроскопического анализов оценить структурные изменения, сопровождающие реализацию ОЭЗФ.
5 3. Исследовать влияние схем НТМО с деформацией мартенсита на дилатометрические эффекты, иТ структурный механизм, положение температурных интервалов мартенситных превращений и специальные свойства сплавов Ti-Ni. Научная новизна работы заключается в следующем:
изучено влияние термического старения, старения под напряжением и деформационного старения на величину и стабильность ОЭЗФ в сплавах Ti-Ni и установлены режимы этих обработок, обеспечивающие существенное увеличение обратимой деформації!?; показано, что непосредственно в результате ВТМО можно получить отрицательный ОЭЗФ величиной до 3,0 %;
установлено, что в случае наведения отрицательного ОЭЗФ активной деформацией аустенита термо.іеханпчески н термически обработанных сплавов Ti-Ni достигается предельная величина результирующего отрицательного эффекта, составляющая не более 2-2,5 %, которая определяется максимальной реализацией ориентирующих факторов в аустените; , у
установлено, что возникающий в сплавах Ti-Ni при нагреве после НТМО высокотемпературный ЭЗФ с максимальной температурой реализации ~ 500 С состоит из двух последовательных дилатометрических эффектов разной природы; предложены структурные механизмы этих эффектов;
показано, что активная деформация растяжением после НТМО наводит значительный по величине ЭЗФ, который также реализуется при нагреве п резко расширенном интервале температур.
Практическая ценность работы заключается в создании режимов термомеханической обработки, позволяющих целенаправленно регулировать специальные свойства сплавов Ti-Ni с памятью формы и расширять их пределы без изменения состава.
На базе НПО ВИЛС проведено опытно-промышленное опробование режимов .термомеханической обработки, предложенных в диссертационной работе, обеспечивающих получение высокого комплекса функциональных характеристик сплавов при проявлении ОЭЗФ.
Публикации и апробация работы. Основные положения и отдельные разделы диссертации были доложены и обсуждены на Российской научно-технической конференции "Новые материалы и технологии" ( Москва, 1994 г.), Ш Российско-китайском симпозиуме "Передовые материалы и процессы" (Калуї а, 1995 г.), I Российско-американском семинаре и XXXI семинаре "Актуальные проблемы прочности"(Санкт-Петербург, 1995 г.), Российской
научно-технической конференции "Новые материалы и технологии" (Москва,
1995 г.), научно-техническом семинаре "Бернштейновскне чтения по
термомеханической обработке металлических материалов" (Москва, 1996 г.),
XXXII семинаре "Актуальные проблемы прочности" памяти В.А.Лихачева
(Санкт-Петербург, 1996 ). Основное содержание диссертации опубликовано в 8
печатных работах, __
Структура и объем работы. Диссертация изложена на /^ с^. машинописного текста, состоит из введения. / глав, выводов, "7 приложений. Включает^" рисунков, V таблиц, библиографию из_;7_наименований.
