Влияние термо- и механоциклирования на термоупругие мартенситные превращения, микроструктуру и свойства (α+β)-сплава Cu–39.5 мас.% Zn с эффектами памяти формы

Обложка

Цитировать

Полный текст

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

Аннотация

Исследовано влияние термо- и механоциклирования на структурно-фазовые превращения и свойства метастабильного (α+β)-сплава с эффектом памяти формы Cu–39.5 мас.% Zn. Температуры начала и конца прямого и обратного мартенситного превращения в сплаве Cu–39.5 мас.% Zn определены из температурных зависимостей электросопротивления. Механические свойства измерены в механоциклических криоиспытаниях на растяжение. Структура и фазовые превращения изучены методами оптической, растровой и просвечивающей электронной микроскопии и рентгенофазового анализа. Обнаружено увеличение критических температур начала прямых термоупругих мартенситных превращений с ростом числа термоциклов “охлаждение–нагрев”. Проанализированы особенности твидового контраста на электронно-микроскопических изображениях и диффузных эффектов на микроэлектронограммах в зависимости от количества термоциклов. Установлено увеличение плотности дислокаций при термоциклировании через температуру мартенситного перехода и объяснена их роль в стабилизации температур фазовых превращений и эффекта памяти формы. При механоциклировании в мартенситном состоянии обнаружен эффект ферроупругости.

Об авторах

А. Э. Свирид

Институт физики металлов имени М. Н. Михеева УрО РАН

ул. С. Ковалевской, 18, Екатеринбург, 620108 Россия

Н. Н. Куранова

Институт физики металлов имени М. Н. Михеева УрО РАН

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

В. В. Марченков

Институт физики металлов имени М. Н. Михеева УрО РАН

ул. С. Ковалевской, 18, Екатеринбург, 620108 Россия

В. Г. Пушин

Институт физики металлов имени М. Н. Михеева УрО РАН

ул. С. Ковалевской, 18, Екатеринбург, 620108 Россия

Д. Ю. Распосиенко

Институт физики металлов имени М. Н. Михеева УрО РАН

ул. С. Ковалевской, 18, Екатеринбург, 620108 Россия

Б. М. Фоминых

Институт физики металлов имени М. Н. Михеева УрО РАН

ул. С. Ковалевской, 18, Екатеринбург, 620108 Россия

С. В. Афанасьев

Институт физики металлов имени М. Н. Михеева УрО РАН

ул. С. Ковалевской, 18, Екатеринбург, 620108 Россия

Список литературы

  1. Perkins J. (Ed.) Shape Memory Effects in Alloys. Plenum. London: UK, 1975. 583 p.
  2. Варлимонт Х., Дилей Л. Мартенситные превращения в сплавах на основе меди, серебра и золота. М.: Наука, 1980. 205 с.
  3. Ооцука К., Симидзу К., Судзуки Ю., Сэкигути Ю., Тадаки Ц., Хомма Т., Миядзаки С. Сплавы с эффектом памяти формы. М.: Металлургия, 1990. 224 с.
  4. Duering T.W., Melton K.L., Stockel D., Wayman C.M. (Eds.) Engineering Aspects of Shape Memory Alloys; Butterworth-Heineman: London, UK, 1990. 301 p.
  5. Материалы с эффектом памяти формы: Справ. изд. / Под ред. В. А. Лихачева. Т. 1–4. СПб.: Изд-во НИИХ СПбГУ, 1997, 1998.
  6. Пушин В.Г., Кондратьев В.В., Хачин В.Н. Предпереходные явления и мартенситные превращения. Екатеринбург: УрО РАН, 1998. 368 с.
  7. Cui J., Wu Y., Muehlbauer J., Hwang Y., Radermacher R., Fackler S., Wuttig M., Takeuchi I. Demonstration of high efficiency elastocaloric cooling with large δT using NiTi wires // Appl. Phys. Letters. 2012. V. 101. P. 073904.
  8. Buehler W.J., Wang F.E. A summary of recent research on the nitinol alloys and their potential application in ocean engineering // Ocean. Eng. 1968. V. 1. P. 105–120.
  9. Zhang L., He Z.Y., Tan J., Zhang Y.Q., Stoica M., Prashanth K.G., Cordill M.J., Jiang Y.H., Zhou R., Eckert J. Rapid fabrication of function-structure-integrated NiTi alloys: Towards a combination of excellent superelastisity and favorable bioactivity // Intermetallic. 2017. V. 82. P. 1–13.
  10. Snodgrass R., Erickson D. A multistage elastocaloric refrigerator and heat pump with 28 K temperature span // Sci. Rep. 2019. V. 9. P. 18532.
  11. 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. V. 12. P. 2616–2640.
  12. Sedlak P., Seiner H., Landa M., Novák V., Šittner P., Manosa L.I. Elastic Constants of bcc Austenite and 2H Orthorhombic Martensite in CuAlNi Shape Memory Alloy // Acta Mater. 2005. V. 53. P. 3643–3661.
  13. Dasgupta R. A look into Cu-based shape memory alloys: Present scenario and future prospects // J. Mater. Research. 2014. V. 29. No. 16. P. 1681–1698.
  14. Pushin V.G., Kuranova N.N., Svirid A.E., Uksusnikov A.N., Ustyugov Y.M. Design and Development of High-Strength and Ductile Ternary and Multicomponent Eutectoid Cu-Based Shape Memory Alloys: Problems and Perspectives // Metals. 2022. V. 12. P. 1289 (32 pages).
  15. Hull D. Spontaneous Transformation of Metastable β-brass in Thin Foils // Philosoph. Magazine. 1962. V. 7. P. 537–550.
  16. Kajiwara S. Strain-induced martensite structures of a Cu-Zn alloy // J. Phys. Soc. Japan. 1971. V. 30. P. 1757.
  17. Hornbogen E. The effect of variables on martensitic transformation temperatures // Acta Metal. 1985. V. 33. No. 4. P. 595–601.
  18. Xiao G.H., Tao N.R., Lu K. Microstructures and mechanical properties of a Cu-Zn alloy subjected to cryogenic dynamic plastic deformation // Mater. Sci. Eng. A. 2009. V. A513–514. P. 13–21.
  19. Huang Y.T., Wang T.F., Mei Y. A study of internal friction, electron resistance and shape change Cu-Zn and Cu-Zn-Al alloys during phase transformation use simulaneous measurement method // Rev. of Progress in Quantit. Nondest. Evalut. 1990. V. 9. P. 1611–1616.
  20. Yasuda H.Y., Sakata T., Umakoshi Y. Variant selection in transformation texture from the β to α phase in Cu-40 mass% Zn alloy // Acta Metall. 1999. V. 47. No. 6. P. 1923–1933.
  21. Лободюк В.А., Эстрин Э.И. Изотермическое мартенситное превращение // УФН. 2005. Т. 175. № 7. С. 745–765.
  22. Свирид А.Э., Куранова Н.Н., Пушин В.Г., Афанасьев С.В. Особенности структуры метастабильных сплавов на основе Cu-Zn с эффектом памяти формы // ФММ. 2024. Т. 125. № 7. С. 821–830.
  23. Куранова Н.Н., Пушин В.Г., Свирид А.Э., Давыдов Д.И. Мартенситные фазы в метастабильных сплавах на основе Cu–Zn с эффектом памяти формы // ФММ. 2024. Т. 125. № 8. С. 956–963.
  24. Свирид А.Э., Пушин В.Г., Куранова Н.Н., Афанасьев С.В., Давыдов Д.И., Сташкова Л.А. Особенности структуры и механические свойства метастабильного (α+β)-сплава Cu-39.5 мас.% Zn с эффектом памяти формы, подвергнутого механотермической обработке // ФММ. 2024. Т. 125. № 8. С. 986–994.
  25. Свирид А.Э., Пушин В.Г., Куранова Н.Н., Афанасьев С.В., Давыдов Д.И., Сташкова Л.А. Влияние горячей прокатки на фазовый состав, структуру и механические свойства метастабильного (α+β)-сплава на основе Cu–41 мас.% Zn с эффектом памяти формы // ФММ. 2024. Т. 125. № 9. С. 1093–1099.
  26. Хирш П., Хови А., Николсон Р., Пэшли Д., Уэлан М. Электронная микроскопия тонких кристаллов. М.: Мир, 1968. 573 с.
  27. Курдюмов Г.В., Утевский Л.М., Энтин Р.И. Превращения в железе и стали. М.: Наука, 1977. 238 с.
  28. Малышев К.А., Уваров А.И., Романова Р.Р., Пушин В.Г. Трип-эффект в сплавах железо-никель-титан, упрочненных фазовым наклепом и старением // ФММ. 1976. Т. 41. Вып. 5. С. 992–1001.
  29. Лотков А.И., Гришков В.Н., Жапова Д.Ю., Гусаренко А.А., Тимкин В.Н. Влияние пластической деформации в мартенситном состоянии на развитие эффектов сверхэластичности и памяти формы в сплавах на основе никелида титана // Письма в ЖТФ. 2018. Т. 44. Вып. 21. С. 97–104.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать