Изотермическое мартенситное превращение и обратимая неупругая деформация в сплаве Ti40.7Hf9.5Ni44.8Cu5: 2019 г. этап 2

Project

Project Details

Description

Целью настоящего проекта является изучение кинетики изотермических мартенситных превращений в сплаве Ti40.7Hf9.5Ni44.8Cu5 с эффектом памяти формы и изменение обратимой деформации в условиях выдержки при постоянной температуре.
Для достижения данной цели необходимо решить следующие задачи:
1. Изучить кинетику изотермического перехода в сплаве на основе TiNi. Установить влияние длительности и температуры выдержки на объемную долю мартенситной фазы, появившуюся в изотермических условиях.
2. Изучить изменение обратимой деформации при реализации мартенситного превращения в условиях выдержки под нагрузкой при постоянной температуре.








Key findings for the project

Целью настоящего проекта являлось изучение кинетики изотермических мартенситных превращений в сплаве Ti40.7Hf9.5Ni44.8Cu5 с эффектом памяти формы и изменение обратимой деформации в условиях выдержки при постоянной температуре.

Для достижения данной цели необходимо решить следующие задачи:
- Изучить кинетику изотермического перехода в сплаве на основе TiNi. Установить влияние длительности и температуры выдержки на объемную долю мартенситной фазы, появившуюся в изотермических условиях.
- Изучить изменение обратимой деформации при реализации мартенситного превращения в условиях выдержки под нагрузкой при постоянной температуре.

Исследование проводили с помощью следующих методик:
1. Изотермическую кинетику мартенситных превращений изучали с помощью дифференциальной сканирующей калориметрии по специально разработанной методике. На первом этапе образец охлаждали и нагревали в широком интервале температур и определяли температуры мартенситных переходов, а также теплоту, поглощенную при нагревании Еа. На втором этапе образец охлаждали до температуры выдержки и сразу же нагревали, после чего определяли теплоту, поглощённую при нагреве Е0. На третьем этапе образец охлаждали до температуры выдержки, выдерживали при постоянной температуре в течение определенного времени, затем нагревали и определяли величину поглощенной теплоты Е. Объемную долю изотермически образованной мартенситной фазы определяли как отношение (Е-Е0)/Еа. Температуру выдержки выбирали внутри температурного интервала прямого перехода и в предмартенситной области температур. Длительность выдержки варьировали от 0,5 до 60 минут.
2. Исследование изменения электросопротивления при изотермических выдержках проводили 4-х точечным методом по методике, предложенной в работах профессора Кустова С.Б. [3]. Образец охлаждали и нагревали в полном температурном интервале мартенситных превращений, при этом в процессе охлаждения делали промежуточные изотермические выдержки длительностью 40 минут. Температуры выдержек выбирали внутри температурного интервала прямого мартенситного перехода и в предмартенситной области температур.
3. Для изучения деформации, связанной с изотермическим переходом, была разработана специальная методика. Образец нагревали и охлаждали в температурном интервале мартенситных превращений под нагрузкой, которую выбирали в интервале от 160 МПа до 400 МПа и определяли температуры, при которых происходит изменение деформации (эти температуры соответствуют температурам мартенситных превращений под нагрузкой). Затем образец охлаждали до температуры выдержки Т*, которая была как выше, так и ниже температуры начала прямого перехода под нагрузкой, выдерживали при постоянной температуре 60 минут и нагревали. На третьем этапе образец охлаждали до температуры выдержки и сразу же нагревали. Изотермически накопленную деформацию определяли как разницу между накопленной деформацией на втором и третьем этапах.
4. Моделирование изотермической кинетики прямого мартенситного превращения проводили с помощью уравнения Аврами. Для учета того факта, что при изотермической выдержке сплава Ti40,7Hf9,5Ni44,8Cu5 может быть образована только часть мартенсита, уравнение Аврами было преобразовано, и для расчета зависимостей Фм(t) использовали следующее выражение: Фм=f(1-exp(-kt^n)), где параметры f и k зависят от температуры выдержки и характеризуют максимальную долю мартенсита, которая может быть изотермически накоплена, и скорость образования новой фазы соответственно. Согласно теории Аврами параметр n связан с геометрией зерен новой фазы и его значение находится в пределах от 0,5 до 4.
5. Для теоретического описания изменения деформации при реализации изотермического мартенситного перехода под нагрузкой была использована структурно-аналитическая модель А.Е. Волкова [12]. Для учета изотермических эффектов в модели было сделано предположение, что во время изотермической выдержки возможно изменение концентрации точечных дефектов, что может повлечь за собой снижение энергетического барьера, препятствующего реализации мартенситного превращения (и, как следствие, привести к изотермическому мартенситному переходу). В связи с этим, были модифицированы уравнения, описывающие изменение концентрации точечных дефектов.

Основные результаты проекта:
1. Установлено, что в сплаве Ti40,7Hf9,5Ni40,8Cu5 реализуется прямое мартенситное превращение в условиях выдержки при постоянной температуре как ниже, так и выше температуры начала прямого перехода Мн.
2. Показано, что объемная доля изотермически образованного мартенсита Фм увеличивается со временем до постоянного значения, величина которого зависит от температуры выдержки.
3. Установлено, что объемная доля изотермически образованного мартенсита немонотонно зависит от температуры выдержки и достигает своего максимума, равного 80 %, в условиях изотермической выдержки сплава Ti40.7Hf9.5Ni44.8Cu5 при температуре Мн.
4. Установлено, что изотермическое изменение электросопротивления происходит в более широком температурном интервале, чем изотермическое образование мартенситной фазы. Выдвинуто предположение, что это связано с тем, что изменение электросопротивления в предмартенситной области температур обусловлено не только фазовым переходом, но и другими изменениями внутренней структуры.
5. Показано, что уравнение типа Аврами позволяет провести моделирование изотермической кинетики термоупругого прямого превращения в сплаве Ti40,7Hf9,5Ni44,8Cu5.
6. Показано, что при изотермической выдержке сплава Ti40,7Hf9,5Ni44,8Cu5 под нагрузкой происходит накопление деформации. Сделан вывод, что изменение деформации в условиях выдержки под нагрузкой при постоянной температуре обусловлено реализацией изотермического мартенситного перехода под нагрузкой.
7. Обнаружено, что деформация при изотермической выдержке монотонно увеличивается до некоторого значения, величина которого зависит от температуры выдержки и величины нагрузки.
8. Установлено, что температура выдержки немонотонно влияет на величину деформации, накопленной за 60 минут выдержки, и максимум наблюдали внутри температурного интервала прямого превращения, при температуре Мн – 6 С.
9. Максимум изотермической деформации составил 3,5 %, и был достигнут в условиях выдержки под нагрузкой 160 МПа. При этом, дальнейшее увеличение нагрузки приводило к уменьшению максимальной изотермической деформации.
10. Установлено, что изменение деформации, связанное с изотермическим мартенситным переходом, может быть качественно описано с помощью структурно-аналитической модели профессора А.Е. Волкова.

Academic ownership of participants (text description)

Вклад Иванова А.М.:
- Разработка методики изучения изменения электросопротивления в предмартенситной области температур и при изотермической выдержке.
Вклад Демидовой Е.С.:
- Экспериментальное исследование изотермической кинетики мартенситных превращений методом дифференциальной сканиурющей калориметрии
- Экспериментальное изучение изменения обратимой деформации в условиях изотермической выдержки под нагрузкой
- Обработка и анализ экспериментальных результатов
- Моделирование и расчет изменения объемной доли мартенситной фазы и обратимой деформации в условиях изотермической выдержки

Transfer of the full copy of the report to third parties for non-commercial use: permitted/not permitted

не разрешается

Check of the report for improper borrowing in external sources (plagiarism): permitted/not permitted

разрешается
Short title__
AcronymRFBR_mol_a_2018 - 2
StatusFinished
Effective start/end date28/06/1910/03/20