Микроструктура, механические свойства, расчеты термодинамических параметров и вкладов в упрочнение эквиатомного сплава TiNi

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

В статье исследуется влияние многократных мартенситных превращений (термоциклирования) на эквиатомный сплав TiNi в крупнозернистом и ультрамелкозернистом состояниях, рассматриваются термодинамический аспект развития мартенситных превращений, изменения энтропии и энергии превращений. Изменение диссипативной энергии определяет изменение гистерезиса превращений в крупнозернистом (КЗ) и ультрамелкозернистом (УМЗ) состояниях. Следует отметить, что УМЗ-состояние характеризуется большим увеличением упругой энергии мартенситных пластин ∆EelM→A. Изменение энергии ∆Eeld сравнивается с данными по структуре, полученными методами рентгеноструктурного анализа и просвечивающей электронной микроскопии. Большее увеличение плотности дислокаций в КЗ-состоянии также сопровождается увеличением энергии дефектов. Несколько меньшее значение диссипативной энергии Edis в УМЗ-состоянии и уменьшение ее значений в КЗ-состоянии после термоциклирования подтверждает данные о гистерезисе превращения. Также в работе представлены механические свойства и расчет вкладов в упрочнение в исследуемых состояниях. Проведено сравнение расчетных и экспериментальных значений предела текучести в сплаве TiNi.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

А. А. Чуракова

Институт физики молекул и кристаллов – обособленное структурное подразделение Уфимского федерального исследовательского центра Российской академии наук; Уфимский университет науки и технологий

Автор, ответственный за переписку.
Email: churakovaa_a@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-9867-6997

к.ф.-м.н., ст. науч. сотр.

Россия, Уфа; Уфа

Список литературы

  1. Otsuka K., Ren X. Physical metallurgy of Ti–Ni-based shape memory alloys. Prog. Mater. Sci. 2005. Vol. 50. Is. 5. PP. 511–678.
  2. Brailovski V., Prokoshkin S., Terriault P., Trochu F. Shape Memory Alloys: Fundamental, Modeling and Applications. Ecole de Technologie Superieure, Quebec, 2003.
  3. Kurdyumov G.V., Khandros L.G. On the thermoelastic equilibrium on martensitic transformations. Sov. Phys. Dokl. 1949. Vol. 66. PP. 211–214.
  4. Christian J.W. The Theory of Transformations in Metals and Alloys. Elsevier Science. Oxford, 2002.
  5. Xie Z.L., Sundqvist B., Hanninen H., Pietikainen J. Isothermal martensitic transformation under hydrostatic pressure in an Fe–Ni–C alloy at low temperatures. Acta Metall. Mater. 1993. Vol. 41. PP. 2283–2290.
  6. Rubanik V.V., Klubovich V.V., Rubanik Jr. The ultrasounds initiation of SME // J. Phys. I. V. 2003. Vol. 112. PP. 249–251. https://doi.org/10.1051/jp 4:2003876
  7. Belyaev S.P., Konopleva R.F., Nazarkin I.V., Razov A.I., Solovei V.L., Chekanov V.A. Neutron-irradiation-induced shape memory effect in a TiNi alloy. Phys. Solid State. 2007. Vol. 49. PP. 1969–1972.
  8. Inoue K., Enami K., Yamaguchi Y., Ohoyama K., Morii Y., Matsuoka Y., Inoue K. Magnetic-field-induced martensitic transformation in Ni2MnGa-based alloys. J. Phys. Soc. Jpn. 2000. Vol. 69. PP. 3485–3488.
  9. Salzbrenner R.J., Cohen M. On the thermodynamics of thermoelastic martensitic transformations. Acta Metall. 1979. Vol. 27. PP. 739–748.
  10. Ortin J. Thermally induced martensitic transformations: theoretical analysis of a complete calorimetric run. Thermochimica Acta. 1987. Vol. 121. PP. 397–412.
  11. Ortin J., Planes A. Thermodynamic analysis of thermal measurements in thermoelastic martensitic transformations. Acta Metall. 1988. Vol. 36. PP. 1873–1889.
  12. Ortin J., Planes A. Thermodynamics of thermoelastic martensitic transformations. Acta Metall. 1989. Vol. 37. PP. 1433–1441.
  13. Wollants P., Roos J.R., Delaey L. Thermally- and stress-induced thermoelastic martensitic transformations in the reference frame of equilibrium thermodynamics. Prog. Mater. Sci. 1993. Vol. 37. PP. 227–288.
  14. Liu Y., McCormick P.G. Influence of heat treatment on the internal resistance to the martensitic transformation in Ni–Ti. Proceedings of the International Conference on Martensitic Transformation (ICOMAT 92), Monterey Institute for Advanced Studies, Monterey. 1993. PP. 923–928.
  15. Liu Y., P.G. McCormick. Thermodynamic analysis of the martensitic transformation in NiTi-I. Effect of heat treatment on transformation behaviour. Acta Metall. Mater. 1994. Vol. 42. PP. 2401–2406.
  16. Liu Y., P.G. McCormick. Thermodynamic analysis of the martensitic transformation in NiTi-II. Effect of transformation cycling. Acta Metall. Mater. 1994. Vol. 42. PP. 2407–2413.
  17. Stroz D., Chrobak D. Effect of internal strain on martensitic transformations in NiTi shape memory alloys. Mater. Trans. 2011. Vol. 52. PP. 358–363.
  18. Resnina N., Belyaev S. Entropy change in the B2→B19' martensitic transformation in TiNi alloy. Therm. Acta. 2015. Vol. 602. PP. 30–35.
  19. Duerig T.W., Melton K.N., Stöckel D. Engineering aspects of shape memory alloys. London: Butterworth-Heinemann, 2013.
  20. Planes A., Macqueron J.L., Ortin J. Energy contributions in the martensitic transformation of shape memory alloys. Phil. Mag. Letters. 1988. Vol. 57. PP. 291–298.
  21. Валиев Р.З., Александров И.В. Объемные наноструктурные металлические материалы: получение, структура и свойства. Москва, Академкнига, 2007.
  22. Valiev R.Z., Islamgaliev R.K., Alexandrov I.V. Bulk nanostructured materials from severe plastic deformation. Progress in Material Science. 2000. Vol. 45. PP. 103–189.
  23. Татьянин Е.В., Курдюмов В.Г., Федоров В.Б. Получение аморфного сплава TiNi при деформации сдвигом под давлением. ФММ. 1986. Т. 62. № 1. C. 133–137.
  24. Valiev R.Z., Gunderov D.V., Pushin V.G. Metastable nanostructured SPD TiNi alloys with unique properties. Journal Metastable and nanostructured materials. 2005. Vol. 24–25. PP. 7–12.
  25. Прокошкин С.Д., Хмелевская И.Ю., Добаткин С.В., Трубицына И.Б., Татьянин Е.В., Столяров В.В., Прокофьев Е.А. Эволюция структуры при интенсивной пластической деформации сплавов с памятью формы на основе TiNi. ФММ. 2004. Т. 97. № 6. С. 84–90.
  26. Valiev R.Z., Gunderov D.V., Lukyanov A.V., Pushin V.G. Mechanical behavior of nanocrystalline TiNi alloy produced by SPD. Journal of Materials Science. 2012. Vol. 47, No. 22. PP. 7848–7853.
  27. Hall E.O. The Deformation and Ageing of Mild Steel: III Discussion and Results. Proceedings of the Physical Society. Section B. 1951. Vol. 64 (9). PP. 747–753.
  28. Petch N.J. The Cleavage Strength of Polycrystals. Journal of the Iron and Steel Institute. 1953. Vol. 174. PP. 25–28.
  29. Sure G.N., Brown L.C. The mechanical properties of grain refined β- cuaini strain-memory alloys. Metall Trans A. 1984. Vol. 15. PP. 1613–1621.
  30. Montecinos S., Cuniberti A. Effects of grain size on plastic deformation in a β CuAlBe shape memory alloy. Materials Science and Engineering: A. 2014. Vol. 600. PP. 176–180.
  31. Montecinos S., Cuniberti A. Thermomechanical behavior of a CuAlBe shape memory alloy. Journal of Alloys and Compounds. 2008. Vol. 457. PP. 332–336.
  32. Churakova A.A., Gunderov D.V., Dmitriev S.V. Microstructure transformation and physical and mechanical properties of ultrafine-grained and nanocrystalline TiNi alloys in multiple martensitic transformations B2-B19'. Materialwissenschaft und Werkstofftechnik. 2018. Vol. 49(6). PP. 769–778.
  33. Churakova A.A., Gunderov D.V. Transformation of the TiNi alloy microstructure and the mechanical properties caused by repeated B2-B19′ martensitic transformations. Acta Metallurgica Sinica (English Letters). 2015. Vol. 28(10). PP. 1230–1237.
  34. Churakova A., Gunderov D.V. Microstructural and mechanical stability of a Ti-50.8 at.% Ni shape memory alloy achieved by thermal cycling with a large number of cycles. Metals. 2020. V. 10(2). 227.
  35. Приходько В.М., Петрова Л.Г., Чудина О.В. Металлофизические основы разработки упрочняющих технологий. М.: Машиностроение, 2003. 384 c.
  36. Orawan E. In dislocations in metals. New York: AIME, 1954.
  37. Гольдштейн М.И., Литвинов В.С., Бронфин Б.М. Металлофизика высокопрочных сплавов. Учебное пособие для вузов. М.: Металлургия, 1986.
  38. Churakova A.A., Gunderov D.V., Tolstov N.E., Magomedova D.K. Calculation of hardening contributions of the TiNi alloy undergoing martensitic transformations in a free state. IOP Conference Series Materials Science and Engineering. 2021. Vol. 1008(1). P. 012038.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис.1. Типичные ПЭМ-изображения микроструктуры B19’-мартенсита сплава Ti50.0Ni50.0 в крупнозернистом состоянии

Скачать (362KB)
Метаданные
3. Рис.2. ПЭМ-изображения микроструктуры сплава Ti50.0Ni50.0 после максимального количества циклов

Скачать (461KB)
Метаданные
4. Рис.3. ПЭМ-изображения микроструктуры сплава Ti50.0Ni50.0 в ультрамелкозернистом состоянии

Скачать (424KB)
Метаданные
5. Рис.4. Типичные ПЭМ-изображения микроструктуры сплава Ti50.0Ni50.0 с ультрамелкозернистой структурой и максимальным количеством циклов (n = 100)

Скачать (456KB)
Метаданные

© Чуракова А.А., 2025