Разделы сайта

Читаемое

Обновления Sep-2017

Промышленность Ижоры -->  Керамические композиционные материалы 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 [ 63 ] 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123

Для этого необходимы условия, ограничивающие число кристаллографически эквивалентных ориентационных вариантов обратного мартенситного превращения, желательно до единственного. К таким условиям относятся следующие:

- рещетка мартенсита должна иметь более низкую симметрию, чем решетка аустенита. Например, в сплавах на основе никелида титана единственность пути атомных перемещений в ходе обратного превращения точно назад , определяющего деформацию обратного превращения, задается дополнительным моноклинным искажением решетки мартенсита;

- предпочтительна упорядоченная структура исходного аустенита. Ее роль заключается в ограничении числа возможных ориентационных вариантов обратного превращения до тех, которые не нарушают атомный порядок, существовавший в исходном аустените;

- наличие в аустените неподвижных дислокаций и дислокационных субграниц, наследуемых мартенситом, делает энергетически предпочтительным ориентационный вариант обратного превращения точно назад . В противном случае, дважды унаследованные дислокации в восстановленном аустените оказываются более высокоэнергетическими по сравнению с их состоянием в исходном аустените.

Необходимо также иметь в виду особую роль дислокаций как источников деформации, наводящей ЭПФ [23]. Поля напряжений от дислокационной субструктуры обычно имеют преимущественную ориентировку и в силу этого оказывают ориентирующее влияние на мартенситное превращение. А поскольку дислокации и их построения наследуются в цикле прямое-обратное мартенситное превращение , то ориентированное мартенситное превращение и последующее восстановление формы будут наблюдаться при термоциклировании через температурный интервал мартенситных превращений, т. е. реализуется ОЭПФ.

3. Должна быть обеспечена обратимость движения дефектов решетки - носителей деформации. Основное условие для этого - когерентная связь решеток. Когерентная граница (межфазная, межкристаллит-ная, междвойниковая) может свободно перемещаться под воздействием напряжений (в том числе внутренних) в прямом направлении, а в процессе или после их снятия - в обратном, обеспечивая память формы. Для того, чтобы когерентное сопряжение решеток поддерживалось при достаточно большой деформации, деформация превращения и модули упругости должны быть достаточно малыми, что и наблюдается в большинстве СПФ.


Рис. 5.16. Схема реализации обратимого мартенситного ЭПФ

Классификация эффектов памяти формы

Для систематизации проявлений памяти формы удобно использовать в качестве основы классификацию в [24], где ЭПФ классифицируются на две группы в зависимости от того, какой параметр является ведущим для процесса возврата деформации. К ЭПФ, обусловленному термомеханическим возвратом, относятся случаи восстановления формы, когда ведущим параметром является температура, а напряжение играет второстепенную роль. К ЭПФ, обусловленному механотермическим возвратом, относятся случаи восстановления формы, когда ведущим изменяющимся параметром является напряжение, а температура ифает второстепенную роль.

К ЭФП, обусловленным термомеханическим возвратом, относятся следующие:

Необратимый {односторонний) ЭПФ, заключающийся в восстановлении формы при нагреве после деформации, осуществляемой образованием мартенсита напряжений или/и деформационной переориентацией существующего мартенсита охлаждения или мартенсита напряжений. Для повторной реализации эффекта надо вновь провести наводящую ЭПФ деформацию в полуцикле охлаждения.

Обратимый {двусторонний) ЭПФ {ОЭПФ), заключающийся в самопроизвольном обратимом изменении формы при термоциклировании через интервал мартенситных превращений.

Способы наведения ОЭПФ, реализующегося самопроизвольно, связаны с созданием ориентированных полей внутренних напряжений. Поскольку эти напряжения должны срабатывать многократно, они должны быть связаны с элементами структуры, наследуемыми при мартенситных превращениях, т. е. с дислокационной субструктурой и дисперсными когерентными частицами избыточных фаз. Например, для наведения самопроизвольного ОЭПФ используют: пластическую деформацию мартенсита (за пределом полностью обратимой деформации) (рис. 5.16) или пластическую деформацию стабильного аустенита, наводя соответственно мартенситный или аустенитный ОЭПФ.

К ЭПФ, обусловленным механотермическим возвратом, относятся различные проявления псевдоупругости {сверхупругости), связанной с восстановлением фор-



мы при температуре деформации. При этом возврат деформации, накопленной в изотермических условиях, происходит в ходе разгрузки или/и при изменении знака деформирующего напряжения.

Функциональные свойства сплавов с памятью формы

С практической точки зрения интерес представляют следующие специальные (функциональные) свойства СПФ, которые тесно связаны с рассмотренными их фундаментальными особенностями.

Обратимая деформация - это деформация, которая возвращается при восстановлении формы. Теоретический ресурс обратимой деформации определяется величиной деформации решетки при мартенситном превращении. Например, в практически наиболее важных СПФ на основе никелида титана исходная решетка В2-аустенита превращается в моноклинную решетку В19-мартенсита (рис. 5.17). При этом максимальная линейная деформация достигает И %. Это и есть предельная деформация, которую можно набрать за счет прямого мартенситного превращения и возвратить за счет обратного мартенситного превращения. Если мартенситное превращение идет под нагрузкой, то происходит отбор ориентационных вариантов мартенсита и реализуются те из них, которые соответствуют деформации, определяемой схемой нагружения. В то же время, при достаточно большой наведенной деформации 8,-, часть этой деформации может реализоваться за счет обычного пластического течения (если среднее или локальные напряжения превзойдут обычный предел текучести о), а потому она необратима. Поэтому для описания способности к формовосстановлению используют и другую характеристику - степень восстановления формы R = е/е,. Чем


Рис. 5.17. Деформация решетки при обратимом превращении В2 (а) 819 (б) в ни-келиде титана. Параметры решеток:

fl = 3,0 А, 6 = с = 4,3 А - В2; а = 2,9 А, 6 = 4,1 А, с = 4,6 А, (3 = 97° - В19. о - атомы Ni, - атомы Ti

ближе к точке деформируем металл, тем больше разность ои о, (см. рис. 5.15) и меньше вероятность получить необратимую пластическую деформацию.

Температурный интервал восстановления формы прямо определяется критическими точками начала (А) и конца (AJ) обратного мартенситного превращения.

В случае ОЭПФ происходит двустороннее изменение формы: в интервале А-Ау при нагреве и M-Mj- при охлаждении.

Температурный интервал легкой деформации, наводящей ЭПФ, располагается вблизи критической точки начала прямого мартенситного превращения Л/у (см. рис. 5.15). В этой температурной области минимальное значение принимает критическое напряжение легкой деформации, которое представляет собой фазовый предел текучести аустенита или критическое напряжение переориентации мартенсита (рис. 5.15).

Температуры М, Mj-, А, Aj зависят от состава сплава и его структуры, определяемой термической и термомеханической обработками.

СПФ могут не только восстанавливать форму, но и развивать при этом большие усилия. Это - реактивное напряжение, генерируемое СПФ в условиях восстановления формы при внешнем механическом противодействии (рис. 5.18).

Максимальное реактивное напряжение тем выше, чем больше жесткость противодействия, запрещенная деформация и сопротивление сплава пластической деформации.

ОЭПФ, как одно из проявлений ЭПФ, характеризуется своими обратимой деформацией, степенью восстановления формы, реактивными напряжениями. Температурных интервалов восстановления формы в этом случае два, они соответствуют изменениям формы при прямом и обратном мартенситных превращениях. Кроме того, здесь на первый план выдвигается еще одно свойство - термоциклическая стабильность и долговечность ОЭПФ.

Сверхупругость также характеризуется своими свойствами: обратимой деформацией, степенью восстановления формы, температурным интервалом проявления сверхупругости, максимальным и мини-

стр, МПа


7-,°С

Рис. 5.18. Генерация реактивного напряжения в ходе нагрева при внешнем противодействии восстановлению формы. Величина наведенной деформации е,-, %: 1 (7); 6 (2); 8 (5); 10 (4)



мальным напряжением сверхупругого возврата, их стабильностью при сверхупругом механоциклировании.

Управление комплексом свойств СПФ - важнейшая проблема современного металловедения. Для расширения возможностей практического применения СПФ необходимо целенаправленно и прецизионно регулировать температурный интервал мартенситных превращений, повысить обратимую деформацию и степень восстановления формы, реактивное напряжение и т. д.

Все перечисленные функциональные свойства СПФ являются структурно-чувствительными. Поэтому эффективными способами управления ими служат такие традиционные методы формирования структуры и субструктуры как термическая и термомеханическая (ТМО) обрабопси.

Управление структурой и свойствами нитинола методами термической и термомеханической обработки

Термическая обработка

Применительно к сплавам на основе никелида титана основными видами термообработки являются закалка, старение после закалки и свободное термоциклирование через температурный интервал мартенситных превращений [23].

Закалка. Закалка СПФ Ti-Ni составов, близких к эквиатомному, предусматривает нагрев до температур существования стабильной рекрис-таллизованной высокотемпературной фазы (В2-аустенит) (рис. 5.19), выдержку при этих температурах и охлаждение со скоростью, достаточной для фиксации высокотемпературного структурного состояния к моменту начала мартенситного превращения.

В таком виде закалка используется для смягчения сплава, устранения влияния термомеханической предыстории и восстановления его свойств, гомогенизации твердого раствора, измельчения аустенитного зерна, предотвращения старения в процессе охлаждения.

Структурное состояние и свойства СПФ после закалки рекристалли-зованного аустенита служат элементом сравнения для других термических и термомеханических обработок: обсуждение и оценка любых изменений структурных и функциональных параметров СПФ в результате термической или термомеханической обработки обычно имеют смысл при соотнесении их с соответствующими параметрами, полученными обычной закалкой, предусматривающей резкое охлаждение рекри-сталлизованного, гомогенного аустенита.

В связи с небольшой склонностью к росту зерна, температуры нагрева под закалку сплавов Ti-Ni обычно лежат в интервале 700...900 °С. При этом формируется рекристаллизованный, мелкозернистый, однородный по составу В2-аустенит.

Высокая скорость охлаждения особенно важна при закалке стареющих сплавов Ti-Ni, содержащих > 50,5 % (ат.) Ni (см. рис. 5.19). В этих сплавах при недостаточной скорости охлаждения (например, охлаждения на воздухе) в области температур ниже 600 °С из В2-фазы может вьще-литься избыточная фаза, что приведет к неконтролируемому изменению картины превращений и свойств. Поэтому обогащенные никелем сплавы закаливают в воде или щелочном растворе.

Специфической термообработкой является закалка из расплава, которая вносит существенные изменения в фазовое состояние, структуру и свойства СПФ по сравнению с обычной закалкой массивных образцов. Эти изменения определяются неоднородным распределением элементов, резким измельчением аустенитного зерна и кристаллов мартенсита, возникновением высокой плотности дислокаций, а также кристаллографической текстуры. Упрочнение и преимущественная ориентировка зерен аустенита способствует повышению силовых характеристик, обратимой деформации, степени восстановления формы, а измельчение зерна и увеличение дефектности структуры снижает мартенситный интервал.

Старение. Большинство практически важных СПФ на основе никелида титана имеют резкую концентрационную зависимость характеристических температур интервала мартенситных превращений. Так, изменение содержания никеля на 0,1 % в заникеленных сплавах Ti-Ni влечет изменение точки Ч на 10...20 °С. Это создает проблему получения требуемого интервала только за счет точного попадания в состав , тем более что интервал изменяется при многократной реализации ЭПФ и ОЭПФ, а также при термоме-

г,°с

1200

Ж+ Ti2Ni

1025±20°С

TiNi /

TiNi + TlNi, \J

Z г

1-1--

54 58 Ni,% (ат.)

Рис. 5.19. Диафамма фазового равновесия в системе Ti-Ni в области эк-виатомного состава



1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 [ 63 ] 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123

© 2003 - 2017 Prom Izhora
При копировании текстов приветствуется обратная ссылка