Особенности распада и механические свойства стареющего сплава Ti49Ni51 с эффектами памяти формы, подвергнутого термической обработке

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Изучены особенности микроструктуры сплава Ti–51 ат.%Ni с эффектами памяти формы после старения при различных температурах. В комплексе с исследованиями методами оптической и электронной микроскопии и рентгеновского анализа выполнены испытания механических свойств на растяжение при комнатной температуре. Установлено, что сплав в состаренном состоянии отличает высокий уровень механических свойств (предел прочности до 1200 МПа при относительном удлинении до 35 %) благодаря высокодисперсному гомогенному распаду и эффекту одновременного упрочнения и повышения пластичности в результате деформационно индуцированного мартенситного превращения.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Н. Н. Куранова

Институт физики металлов УрО РАН; Уральский федеральный университет

Email: pushin@imp.uran.ru
Россия, ул. С. Ковалевской, 18, Екатеринбург, 620108; ул. Мира, 19, Екатеринбург, 620002

В. В. Макаров

Институт физики металлов УрО РАН

Email: pushin@imp.uran.ru
Россия, ул. С. Ковалевской, 18, Екатеринбург, 620108

В. Г. Пушин

Институт физики металлов УрО РАН; Уральский федеральный университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: pushin@imp.uran.ru
Россия, ул. С. Ковалевской, 18, Екатеринбург, 620108; ул. Мира, 19, Екатеринбург, 620002

Список литературы

  1. Ооцука К., Симидзу К., Судзуки Ю., Сэкигути Ю., Тадаки Ц., Хомма Т., Миядзаки С. Сплавы с эффектом памяти формы. М.: Металлургия, 1990. 224 c.
  2. Duering T.W., Melton K.L., Stockel D., Wayman C.M. (Eds.) Engineering Aspects of Shape Memory Alloys. Butterworth-Heineman: London, UK. 1990. 512 p.
  3. Хачин В.Н., Пушин В.Г., Кондратьев В.В. Никелид титана. Структура и свойства. М.: Наука, 1992. 159 c.
  4. Pushin V.G. Alloys with a Thermomechanical Memory: Structure, Properties, and Application // Phys. Met. Metall. 2000. V. 90. Suppl. 1. P. S68–S95.
  5. Brailovski V., Khmelevskaya I.Yu., Prokoshkin S.D., Pushin V.G., Ryklina E.P., Valiev R.Z. Foundation of heat and thermomechanical treatments and their on the structure and properties of titanium nickelide-based alloys // Phys. Met. Metal. 2004. V. 97. Suppl. 1. P. S3–S55.
  6. Razov A.I. Application of titanium nickelide-based alloys in engineering // Phys. Met. Metal. 2004. V. 97. Suppl. 1. P. S97–S126.
  7. Bonnot E., Romero R., Mañosa L., Vives E., Planes A. Elastocaloric effect associated with the martensitic transition in shape-memory alloys // Phys. Rev. Lett. 2008. V. 100. P. 125901.
  8. Cui J. Shape memory alloys and their applications in power generation and refrigeration / In Mesoscopic phenomena in multifunctional materials. Eds. A. Saxena, A. Planes. Germany: Springer, 2014. P. 289–307.
  9. Prokoshkin S.D., Pushin V.G., Ryklina E.P., Khmelevskaya I.Yu. Application of Titanium Nickelide–based Alloys in Medicine // Phys. Met. Metal. 2004. V. 97. P. S56–S96.
  10. Wilson J., Weselowsky M. Shape Memory Alloys for Seismic Response Modification: A State-of-the-Art Review // Earth. Spectra. 2005. V. 21. P. 569–601.
  11. Yoneyama T., Miyazaki S. Shape Memory Alloys for Biomedical Applications. Wordhead Publishing: Cambridge, UK. 2009. 320 p.
  12. Dong J., Cai C., O’Keil A. Overview of Potential and Existing Applications of Shape Memory Alloys in Bridges // J. Bridg. Eng. 2011. V. 16. P. 305–315.
  13. Pushin V., Kuranova N., Marchenkova E., Pushin A. Design and Development of Ti–Ni, Ni–Mn–Ga and Cu–Al–Ni-based Alloys with High and Low Temperature Shape Memory Effects // Materials. 2019. № 12. P. 2616 (24 pages).
  14. Kuranova N.N., Makarov V.V., Pushin V.G., Ustyugov Y.M. Influence of Heat Treatment and Deformation on the Structure, Phase Transformation, and Mechanical Behavior of Bulk TiNi-Based Alloys // Metals. 2022. V. 12. P. 2188.
  15. Пушин В.Г., Прокошкин С.Д., Валиев Р.З., Браиловский В., Валиев Э.З., Волков А.Е., Глезер А.М., Добаткин С.В., Дударев В.Ф., Жу Ю.Т., Зайнулин Ю.Г., Колобов Ю.Р., Кондратьев В.В., Королев А.В., Коршунов А.И., Коуров Н.И., Кудреватых Н.В., Лотков А.И., Мейснер Л.Л., Попов А.А., Попов Н.Н., Разов А.И., Хусаинов М.А., Чумляков Ю.И., Андреев С.В., Батурин А.А., Беляев С.П., Гришков В.Н., Гундеров Д.В., Дюпин А.П., Иванов К.В., Итин В.И., Касымов М.К., Кашин О.А., Киреева И.В., Козлов А.И., Кунцевич Т.Э., Куранова Н.Н., Пушина Н.Ю., Рыклина Е.П., Уксусников А.Н., Хмелевская И.Ю., Шеляков А.В., Шкловер В.Я., Шорохов Е.В., Юрченко Л.И. Сплавы никелида титана с памятью формы. Ч.I. Структура, фазовые превращения и свойства. Екатеринбург: УрО РАН, 2006. 440 с.
  16. Куранова Н.Н., Макаров В.В., Пушин В.Г. Влияние механо-термической обработки на структуру и механические свойства сплава Ti49.5Ni50.5 с эффектами памяти формы // ФММ. 2022. Т. 123. № 10. С. 1063–1071.
  17. Куранова Н.Н., Макаров В.В., Пушин В.Г., Попов Н.А. Структура и механические свойства стареющего сплава Ti49Ni51 с эффектами памяти формы после механо-термической обработки // ФММ. 2023. Т. 124. № 2. С. 239–247.
  18. Пушин В.Г., Волкова С.Б., Матвеева Н.М., Юрченко Л.И., Чистяков А.С. Структурные и фазовые превращения в квазибинарных сплавах системы TiNi-TiCu, быстрозакаленных из расплава. IV. Микроструктура кристаллических сплавов // ФММ. 1997. Т. 83. № 6. С. 149–156.
  19. Miyazaki S., Ishida A. Martensitic transformation and shape memory behavior in sputter-deposited TiNi-base thin films // Mater. Sci. and Eng. 1999. V. A273–275. P. 106–133.
  20. Fu Y., Du H., Huang W., Zhang S., Hu M. TiNi-based thin films in MEMS applications: A review // Sens.Actuators A. 2004. V. 112. P. 398–408.
  21. Пушин А.В., Попов А.А., Пушин В.Г. Влияние отклонения химического состава от стехиометричского на структурные и фазовые превращения и свойства быстрозакаленных сплавов Ti50+xNi25-xCu25 // ФММ. 2012. Т. 113. № 3. С. 299–311.
  22. Pushin V.G., Stolyarov V.V., Valiev R.Z., Kourov N.I., Kuranova N.N., Prokofiev E.A., Yurchenko L.I. Features of Structure and Phase Transformations in Shape Memory TiNi-Based Alloys after Severe Plastic Deformation // Ann. Chim. Sci. Mat. 2002. V. 27. P. 77–88.
  23. Pushin V.G., Valiev R.Z., Zhu Y.T., Gunderov D.V., Kourov N.I., Kuntsevich T.E., Uksusnikov A.N., Yurchenko L.I. Effect of Severe Plastic Deformation on the Behavior of Ti–Ni Shape Memory Alloys // Mater. Trans. 2006. V. 47. P. 694–697.
  24. Valiev R., Gunderov D., Prokofiev E., Pushin V., Zhu Yu. Nanostructuring of TiNi alloy by SPD processing for advanced properties // Mater. Trans. 2008. V. 49. P. 97–101.
  25. Куранова Н.Н., Гундеров Д.В., Уксусников А.Н., Лукьянов А.В., Юрченко Л.И., Прокофьев Е.А., Пушин В.Г., Валиев Р.З. Влияние термообработки на структурные и фазовые превращения и механические свойства сплава TiNi, подвергнутого интенсивной пластической деформации кручением // ФММ. 2009. Т. 108. № 6. С. 589–601.
  26. Ren X., Miura N., Zhang J., Otsuka K., Tanake K., Koiwa M., Suzuki N., Chumlykov Y.I. A Comparative Study of Elastic Constants of Ti-Ni-based Alloys Prior to Martensitic Transformation // Mater. Sci. Eng. 2001. V. A312. P. 196–206.
  27. Лободюк В.А., Коваль Ю.Н., Пушин В.Г. Кристаллоструктурные особенности предпереходных явлений и термоупругих мартенситных превращений в сплавах цветных металлов // ФММ. 2011. Т. 111. № 2. С. 169–194.
  28. Sarkar S., Ren X., Otsuka K. Evidence for strain glass in the ferroelastic-martensitic system Ti50-xNi50+x // Phys. Rev. Lett. 2005. V. 95. P. 205702.
  29. Jin Y.M., Wang Yu.U., Ren. Y. Theory and experimental evidence of phonon domains and their roles in pre-martensitic phenomena // Computational Mater. 2015. V. 1. P. 15002.
  30. Wang Y., Jin Y.M. Martensitic transformation precursors: phonon theory and critical experiments / Proc. Int. Conf. Solid-solid phase transformations in inorganic materials. 2015. P. 467–474.
  31. Ko W.S., Maisel S.B., Grabowski B., Jeon J.B., Neugebauer J. Atomic scale processes of phase transformations in nanocrystalline NiTi shape-memory alloys // Acta Mater. 2017. V. 123. P. 90–101.
  32. Deng Z., Li Q., Onuki Y., Sun Q. Multifunctional nanostructured NiTi alloy with invar, elinvar and rinvar properties // J. Alloys Comp. 2022. V. 909. P. 164682.
  33. Xu K., Luo J., Li C., Shen Y., Li C., Ma X., Li M. Mechanisms of stress-induced martensitic transformation and transformation-induced plasticity in NiTi shape memory alloy related to superelastic stability // Scripta Mater. 2022. V. 217. P. 114775.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Светлопольные (а, б) ПЭМ-изображения микроструктуры и соответствующие микроэлектронограммы (о. з. [100]B2 (в), о. з. [111]B2 (г)) сплава Ti49Ni51 в исходном закаленном состоянии.

Скачать (29KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Светлопольные (а, в) ПЭМ-изображения микроструктуры сплава Ti49Ni51 после закалки от 1073 К в воду и ПИО 473 К в течение одного часа, соответствующая микроэлектронограмма (б, о. з. [100]B2) и схема расшифровки сателлитных эффектов диффузного рассеяния в данном сечении (г).

Скачать (29KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Светло- (a, в) и темнопольное (г) – в матричном рефлексе 110B2 на микроэлектронограмме 3б, ПЭМ-изображения микроструктуры и соответствующая микроэлектронограмма (б, о. з. [001]B2) сплава Ti49Ni51 после ПИО при 573 К в течение 1 ч.

Скачать (46KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Светло- (а) и темнопольное (б) – в трех рефлексах, обозначенных кольцом на микроэлектронограмме 4в, ПЭМ-изображения микроструктуры и соответствующая микроэлектронограмма (в, о. з. [115]B2) сплава Ti49Ni51 после ПИО при 623 К в течение 1 ч.

Скачать (38KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Светло- (а) и темнопольные (б, в) в рефлексах, обозначенных цифрами 1 и 2 на микроэлектронограмме 5г, ПЭМ-изображения микроструктуры и соответствующая микроэлектронограмма (г, о. з. [110]B2) сплава Ti49Ni51 после ПИО при 673 К в течение 1 ч.

Скачать (35KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Светлопольные (a–в) ПЭМ-изображения микроструктуры и соответствующая микроэлектронограмма (г, о. з. [120]B2) сплава Ti49Ni51 после ПИО при 773 К в течение 1 ч.

Скачать (37KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Светлопольные (a–в) ПЭМ-изображения микроструктуры и соответствующая микроэлектронограмма (г, о. з. [331]B2) сплава Ti49Ni51 после ПИО при 773 К в течение 2 (а, б), 5 ч (в).

Скачать (43KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Зависимости пределов прочности σB, дислокационной σ0.2 и фазовой σM текучести и относительного удлинения δ от температуры старения закаленного сплава Ti49Ni51.

Скачать (11KB)
Метаданные
10. Рис. 9. Фрактография сплава Ti49Ni51 после закалки от 1173 К (а) и ПИО при 673 К, 1 ч (б).

Скачать (22KB)
Метаданные