WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 | 2 || 4 |

Рентгеновские данные показывают, что мартенсит механодеформационного происхождения, наблюдаемый после ИПДК на оборота характеризуется в основном брэгговскими отражениями с меньшими 2 и соответственно, бльшими межплоскостными расстояниями, чем у В2-фазы. В этом случае снятие давления, повидимому, не повлияло на ориентации возникших при ИПДК мартенситных кристаллов, то есть они не демонстрируют эффект бароупругой переориентации и соответственно бароупругий эффект памяти формы. Но после ИПДК на оборота частично происходит обратное мартенситное превращение B19'В2. При этом дифракционные отражения В2- и В19'-фаз объединяются в один уширенный (на 5 - 6°) и асимметричный (с "наплывом" в сторону больших углов 2) максимум с центром в углах линии 110В2.

Было обнаружено, что сплав становится "рентгеноаморфным" после ИПДК уже на, 1 и 5 оборотов: доля кристаллической В2-фазы уменьшается, а аморфной увеличивается. Электронномикроскопически установлена морфологическая эволюция микроструктуры сплава Ti49,4Ni50,6. После ИПДК на 1 оборот в сплаве преобладает полосовая субструктура. После ИПДК на 3 оборота структура в центре образца еще сохраняет элементы полосового характера, но все полосы уже состоят из нанозерен В2-фазы со средним размером около 40 нм. На краю образцов полосовые структуры отсутствуют. Радикальное изменение структуры образцов в сплаве наблюдалось после ИПДК на 7 оборотов. В фольгах на краю дисковых образцов наблюдаются протяженные полностью аморфизированные участки; как на краю, так и в центре имеет место случайное распределение редко встречающихся изолированных нанокристаллических зерен В2-фазы.

Установлено, что изотермические отжиги при температурах больше 523 К приводят к тотальной кристаллизации образцов. При этом чем больше степень деформации, тем позже начинается нанокристаллизация сплава. Обнаружено, что при увеличении температуры одночасового отжига до 823 К происходит более интенсивный рост зерен до среднего значения 500 - 600 нм, причем значительное количество зерен достигает размеров в 1 мкм и более. Такая особенность, наблюдавшаяся нами ранее и на тонких образцах, потребовала дополнительных более тщательных исследований. Важно отметить, что сплав Ti49,4Ni50,6 по своему химическому составу относится к классу стареющих, и в процессе низкотемпературных отжигов, а тем более при расстекловывании, в нем должны образовываться когерентные '-частицы и выделения избыточной Х-фазы Ti3Ni4, в том числе по границам зерен. Они нами и были обнаружены при электронномикроскопических исследованиях и расшифровке целого ряда микроэлектронограмм, на которых были выявлены отражения почти всех возможных фаз: аустенита B2-TiNi, фазы старения X-Ti3Ni4 и мартенситных фаз R и B19'.

Выполненные на большеразмерных образцах измерения механических свойств показали, что сплав обладает аномально высокими значениями обратимой деформации фазовой псевдотекучести (от 8 в исходном до 10 - 16% в НК- и СМК-состояниях). Кроме того, при достаточно удовлетворительной пластичности (=16 и 23%) сплав имеет весьма высокие прочностные характеристики (В=2100 и 1670 МПа, Т=1800 и 1500 МПа, соответственно после отжигов при 673 и 723 К) и, напротив, достаточно низкие значения напряжения мартенситного сдвига М (460 и 370 МПа) на площадке псевдотекучести.

Результаты фрактографических исследований характера разрушения в наноструктурных сплавах после испытаний на растяжение коррелируют с пластичностью сплавов после различных отжигов. Чем выше температура постдеформационного отжига, тем разрушение становится все более вязким, а, следовательно, сплав имеет бльшее относительное удлинение.

В пятой главе приведены результаты исследования влияния интенсивной пластической деформации на структуру быстрозакаленного сплава системы TiNiCu. Для изучения был выбран практически применяемый сплав Ti50Ni25Cu25, который имеет единственный мартенситный переход B2B19. При комнатной температуре сплав находится в состоянии В19-мартенсита, морфология которого является преимущественно пакетно-пирамидальной. БЗР позволяет получить сплав в аморфном состоянии.

Исследования исходного литого поликристаллического сплава, подвергнутого ИПДК при комнатной температуре под давлением 6 - ГПа на 5 и 10 оборотов наковален показали, что сплав находится в аморфизированном состоянии. На темнопольных изображениях в первом сильном гало при этом обнаруживается "светящийся" контраст от НКобластей размером до 2 - 3 нм. После отжига, начиная от 573 К, структура имеет бимодальное распределение зерен по размеру. Оказалось, что наиболее равномерная структура формируется после отжига при 673 К.

Отжиг при 823 К, также как в бинарных сплавах TiNi, приводит к резкому росту размера зерен.

Наши исследования на бинарных сплавах TiNi показали, что формирование НК-структуры приводит к заметному снижению температуры ТМП за счет размерного эффекта и даже существуют критические размеры нанозерна, при достижении которых полностью подавляются мартенситные превращения В2R и B2B19'.

Установлено, что формирование в сплаве Ti50Ni25Cu25 НК-состояния с размером нанозерна менее 20 нм после отжига при 573 К (10 мин) приводит к полному подавлению мартенситного перехода В2В19.

Для того чтобы получить однородную нанокристаллическую структуру, была выполнена ИПДК на аморфных сплавах, полученных после БЗР. Обнаружено, что сплав также имеет аморфизированную структуру, схожую со структурой литых сплавов после ИПД сдвигом (рис. 5). Изотермические отжиги, как и ожидалось, приводят к однородной кристаллизации. Бимодальность структуры наблюдается только после отжигов при высоких температурах 723 и 773 К.

Была построена диаграмма зависимости критических точек мартенситного превращения В2В19 сплава (Ms, Mf, As, Af) от размера зерен для сплава Ti50Ni25Cu25 (рис. 6). Обнаружено, что существует критический размер нанозерен (близкий 20 нм), начиная с которого зерна не испытывают ТМП при охлаждении, интервал "сильной" зависимости критических температур от размеров нанозерен весьма узок и не превышает 100 нм, при дальнейшем росте размеров в пределах ошибки критические точки не изменяются.

Рис. 5. Темно- (а) и светлопольные (б, в) изображения и электронограммы БЗР-сплава Ti50Ni25Cu25 после ИПДК на 15 оборотов (а), после ИПДК и последующих отжигов при 673 К (б) и 823 К (в) Рис. 6. Диаграмма зависимости критических температур В2Вмартенситного превращения при охлаждении (нагреве) в сплаве Ti50Ni25Cu25 от среднего размера зерен

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ 1. Показано, что интенсивная пластическая деформация кручением под высоким давлением приводит к аморфизации сплавов на основе никелида титана, находящихся в исходном метастабильном аустенитном или мартенситном состояниях. Напротив, интенсивная пластическая деформация сплавов, полностью аморфных после сверхбыстрой закалки из расплава, инициирует в них нанокристаллизацию. При этом методами электронной микроскопии высокого разрешения выявлено, что в обоих случаях преобладающая по объему сплавов (свыше 97 масс.%) аморфная матрица характеризуется высокой плотностью равномерно распределенных нанокристаллических, менее 3 - 5 нм, областей с решеткой в основном по типу В2-аустенита.

2. Установлено, что сплавы с В2-аустенитом, стабильным по отношению к деформационно-индуцируемым мартенситным превращениям, при интенсивной пластической деформации практически не аморфизируются.

3. Обнаружено, что образующееся в сплавах после интенсивной пластической деформации аморфно-нанокристаллическое состояние термически нестабильно и испытывает тотальную нанокристаллизацию уже при низкотемпературных нагревах (начиная от ~473 К), что связано с наличием после интенсивной пластической деформации зародышейнанокристаллитов и их ростом.

4. Доказано, что существенную роль в формировании однородного нанокристаллического состояния при низкотемпературном отжиге играет также образование высокодисперсных частиц фаз старения, обогащенных никелем (или медью), сдерживающих рост нанозерен за счет барьерного эффекта блокировки границ зерен в сплавах.

5. Обнаружен размерный эффект термоупругих мартенситных превращений в сплавах на основе никелида титана. Установлено, что в нанокристаллических сплавах на основе никелида титана с размерами зерен 20 нм и больше при охлаждении происходит переход В2R или В2В19; в сплавах с нанозернами вдвое большими (50 нм) при охлаждении становятся возможными мартенситные переходы В2(R)В19', ответственные за большие по величине термосиловые эффекты памяти формы в данных сплавах. Именно данный эффект определяет возможность получения сплавов с эффектами памяти формы на основе никелида титана в высокопрочном нанокристаллическом состоянии. Для ряда практически применяемых сплавов (Ti-Ni и Ti-NiCu) определены диаграммы зависимостей критических точек термоупругих мартенситных превращений от размера зерен.

6. Показано, что нанокристаллические сплавы на основе TiNi являются высокопрочными, пластичными и, испытывая механически индуцированное мартенситное превращение, обладают памятью формы при рекордно больших обратимой деформации (10-16%) и реактивных усилиях (1100-1300 МПа), необходимых при создании высокосиловых элементов конструкций с памятью формы наряду с их высокими термомеханической надежностью, долговечностью, коррозионной стойкостью. На основании проведенных исследований предложены и экспериментально обоснованы принципы создания перспективных высокопрочных сплавов с термомеханической памятью формы.

7. Обнаружен новый бароупругий эффект памяти формы, реализующийся при снятии высокого гидростатического давления путем спонтанной двойниковой переориентации кристаллов различных вариантов В19'-мартенсита, которая приводит к возврату макроскопической деформации при разгрузке давления за счет накопленных при его приложении напряжений.

Основное содержание диссертации изложено в следующих работах:

1. 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.

2. 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 // Annales de Chimie Science des Materiaux. 2002. V.27. №3.

Р.77-88. (Перечень ВАК).

3. Pushin V.G., Stolyarov V.V., Valiev R.Z., Kourov N.I., Kuranova N.N., Prokofiev E.A., Yurchenko L.I. Development of methods of severe plastic deformation for the production of high-strength alloys based on titanium nickelide with a shape memory effect // The Physics of Metal and Metallography. 2002. V.94. Suppl. 1. Р.S54-S68. (Перечень ВАК).

4. Коуров Н.И., Королев А.В., Пушин В.Г., Куранова Н.Н., Юрченко Л.И. Магнитные и электрические свойства сплавов Ti50Ni50-xCux с эффектами памяти формы // Физика металлов и металловедение. 2003.

Т.95. №5. С.66-71. (Перечень ВАК).

5. Дюпин А.П., Куранова Н.Н., Пушин В.Г., Валиев Р.З. Влияние интенсивной пластической деформации кручением на структуру и свойства сплавов на основе никелида титана с эффектами памяти формы // Известия РАН. Серия физическая. 2008. Т.72. №4. С.583-585. (Перечень ВАК).

6. Пушин В.Г., Лотков А.И., Колобов Ю.Р., Валиев Р.З., Дударев Е.Ф., Куранова Н.Н., Дюпин А.П., Гундеров Д.В., Бакач Г.П. О природе аномально высокой пластичности высокопрочных сплавов никелида титана с эффектами памяти формы. Исходная структура и механические свойства // Физика металлов и металловедение. 2008. Т.106. №5. С.537547. (Перечень ВАК).

7. Дударев Е.Ф., Валиев Р.З., Колобов Ю.Р., Лотков А.И., Пушин В.Г., Бакач Г.П., Гундеров Д.В., Дюпин А.П., Куранова Н.Н. О природе аномально высокой пластичности высокопрочных сплавов никелида титана с эффектами памяти формы. Особенности механизмов пластической деформации при изотермическом нагружении // Физика металлов и металловедение. 2009. Т.107. №3. С.316-330. (Перечень ВАК).

8. Куpанова Н.Н., Пушин В.Г., Уксусников А.Н., Юpченко Л.И., Гундеpов Д.В., Валиев P.З. Влияние интенсивной пластической деформации на фазовые и структурные превращения и механические свойства метастабильных аустенитных сплавов системы Ni-Ti // Деформация и разрушение материалов. 2009. №1. С.16-19. (Перечень ВАК).

9. Гундеров Д.В., Куранова Н.Н., Лукьянов А.В., Уксусников А.Н., Прокофьев Е.А., Юрченко Л.И., Валиев Р.З., Пушин В.Г. Применение интенсивной пластической деформации кручением для формирования аморфного и нанокристаллического состояния в большеразмерных образцах сплава TiNi // Физика металлов и металловедение. 2009. Т.108.

№2. С.139-146. (Перечень ВАК).

10. 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 // Физика металлов и металловедение. 2009.

Т.108. №6. С.589-601. (Перечень ВАК).

11. Куранова Н.Н., Макаров В.В., Пушин В.Г., Уксусников А.Н., Валиев Р.З., Гундеров Д.В., Лукьянов А.В., Прокофьев Е.А. Аморфизация объемных сплавов на основе никелида титана методом интенсивной пластической деформации кручением // Известия РАН. Сер. Физическая.

2009. Т.73. №8. С.1180-1182. (Перечень ВАК).

12. Пушин В.Г., Юрченко Л.И., Куранова Н.Н. Сплавы с памятью формы. Структура, фазовые превращения, свойства, применение (обзор) // Труды школы-семинара "Фазовые и структурные превращения в сталях". 2001. Вып. 1. С.135-191.

13. Пушин В.Г., Куранова Н.Н., Хачин В.Н., Юрченко Л.И. Разработка и исследование новых многокомпонентных сплавов на основе TiNi с ЭПФ // Материалы XXXVIII семинара "Актуальные проблемы прочности", Санкт-Петербург. 2001. С.285-288.

Pages:     | 1 | 2 || 4 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»