ВУЗ: Российский государственный технологический университет имени К.Э. Циолковского
Категория: Учебное пособие
Дисциплина: Материаловедение
Добавлен: 18.02.2019
Просмотров: 12646
Скачиваний: 123
51
Р
исходно
Т
- ма
МП
или
ММП
β
1
↔β′
β
1
↔γ′
1
γ′
1
↔β′′
β′
1
↔α′
Н
сплаво
устано
Рисунок 2.4
ой структур
Термодин
артенситн
П
σ
Н
Н
=
σ
К
Н
,
МПа
1
1
′
1
′
1
200
225
380
315
Накоплен
ов Cu-Zn
овлены и
4. Кривые
рой γ′
1
март
намическ
ных превр
σ
Н
В
=σ
К
В
МПа
192
125
100
155
ние обрат
-Al и A
из-за пр
напряжени
тенсита [13
ие и терм
ращений в
, Δσ,
МПа
8
100
280
160
тимой д
Au-Cd [6]
еждеврем
ие-деформа
3, стр. 54]
момеханич
в монокри
ΔS,
К
моль
Дж
м
1,1
1,3
0,05
0,06
деформац
. Для T
менного
ация монок
ческие ха
исталлах
ΔH,
К
моль
Дж
Д
2,12
320
110
217
ии при
TiNi ММП
разруше
кристаллов
арактерис
сплавов C
ΔG,
Дж/моль
-2,5
-21
-55
-67
ММП н
П экспер
ния обр
в сплава Cu
Табл
стики мар
Cu-Al-Ni
dσ/dT,
МПа/К
2,0
3,4
-0,16
-0,13
наблюдал
риментал
разцов. О
u-Al-Ni с
лица 2.5
ртенсит
[15]
ε
Н
=ε
В
,
%
8
5
5
11
ли для
ьно не
Однако
52
расчеты показывают, что при реализации различных ММП образцы из TiNi
могли бы накапливать от 6 до 17 % обратимой деформации.
2.3. Механизмы возврата деформации
В основе любого механизма возврата накопленной деформации лежит
обратное МП и ММП или обратная переориентация мартенсита при
изменении знака напряжения.
Для возврата накопленной деформации при обратном МП
необходимо, чтобы полностью восстановилась кристаллографическая
ориентация превращенного объема исходной фазы (кристаллографическая
обратимость) и дефекты, накопленные мартенситом, не наследовались
высокотемпературной фазой (механическая обратимость). Существует
мнение, что устранение при превращении аккомодационных дефектов
прямого МП, которые не наследуются при обратном МП, обеспечивают ему
полную кристаллографическую обратимость [16]. Можно выделить
несколько
условий,
выполнение
которых
способствует
полной
кристаллографической обратимости МП и полному возврату накопленной
деформации.
1. Упорядоченная структура. Роль упорядочения в обеспечении
кристаллографической обратимости состоит в том, что решетка исходной
фазы может быть восстановлена движением атомов при обратном МП по
единственному пути, полностью повторяющему путь при прямом МП.
2. Более низкая симметрия кристаллической решетки мартенсита,
чем исходной фазы, что уменьшает количество вариантов обратного МП по
сравнению с прямым. В отсутствие упорядочения это может играть важную
роль в полноте ВФ, что и наблюдается в подавляющем большинстве
сплавов с неупорядоченной структурой (см. табл. 2.2).
3. Способность восстанавливать исходное энергетическое состояние,
обусловленное дефектами кристаллического строения, характерное для
высокотемпературной фазы перед прямым МП. Анализ, проведенный
Лихачевым В.А. с сотрудниками [16], показал, что при обратном МП
возможно наследование полных дислокаций, если унаследованная
дислокация может легко преобразовываться в дислокацию, характерную
для новой структуры. Значительно затрудняется процесс наследования
53
частичных дислокаций, дефектов упаковки и двойников. В последнем
случае вообще может наступить полный энергетический запрет на любые
пути
обратного
МП,
кроме
единственного,
адекватного
кристаллографического пути при прямом МП. При этом аккомодационные
двойники, обеспечивая протекание МП по принципу "точно назад", сами
исчезают. Из этого следует, что наличие в структуре мартенсита частичных
дислокаций, дефектов упаковки и особенно двойников должно
способствовать кристаллографической обратимости МП и благоприятно
влиять на полноту ВФ. При неупорядоченной структуре этот фактор, по-
видимому, является определяющим для реализации ЭПФ и СУ (см. табл. 2.1
и 2.2). Точно так же наличие в структуре полных дислокаций, наследуемых
при МП, должно способствовать реализации обратимого ЭПФ.
4. Обратимость степени искажения кристаллической решетки при
повышении температуры для превращений, развивающихся по типу
смещения атомов. Зависимость степени ромбоэдричности R-фазы или
тетрагональности
ГЦТ-фазы
только
от
изменения
температуры
обеспечивает стабильный и безгистерезисный возврат накопленной при
охлаждении деформации с полным ВФ при восстановлении симметрии
исходной фазы.
Касаясь требований, необходимых для полной кристаллографической
обратимости МП, следует отметить, что ни одно из условий самостоятельно
его не обеспечивает. Необходимо их сочетание, в котором обязательно
должно выполняться третье условие. Выполнение всех трех условий
обеспечивает обратимость деформации для любых видов памяти формы с
полным ВФ в сплавах с упорядоченной структурой (см. табл. 2.1).
Естественно, во всех случаях МП должно быть термически обратимо.
Сформулированные выше условия возврата накопленной деформации
взаимосвязаны с механизмами накопления деформации. Отсутствие
дислокационного скольжения при аккомодационной деформации при МП и
высокая подвижность двойниковых границ в упорядоченном мартенсите
В19′ сплавов на основе никелида титана позволяют сформировать при
нагружении такую текстуру мартенсита, которая обеспечивает накопление
деформации, близкой по величине к усредненной деформации решетки при
МП (табл. 2.4). При этом сформировавшаяся текстура и накопленная
54
деформация полностью обратимы при обратном МП при нагреве. Следует
отметить, что при переориентации и ориентированном зарождении и росте
мартенсита формируются адекватные текстуры мартенсита. В последнем
случае текстура исходной В2-фазы в результате протекания обратного МП
полностью восстанавливается, если накопление деформации происходило
механизмами, исключающими дислокационное скольжение.
Для сплавов с неупорядоченной структурой выполнение второго и
третьего условий во многих случаях дает почти полное ВФ, если мартенсит
имеет двойниковое строение. Например, в сплавах In-Te и сплавах на
основе титана. В сплавах Fe-Mn-Si, в которых МП (см. табл. 2.2)
обеспечивается движением частичных дислокаций, ВФ неполное.
Недостаточно ясны в настоящее время причины частичного ВФ при
ОЦК→ГЦТ переходе в сплавах Fe-Ni и полного ВФ при ОЦТ→ГЦК
переходе в состаренных сплавах Fe-Ni-Co-Ti (см. табл. 2.2). Существует
мнение о решающей роли в этом процессе механизма наследования
дефектов кристаллического строения [16] и внутренних напряжений,
создаваемых когерентными частицами второй фазы [12].
Выполнение условия полной кристаллографической обратимости МП
обусловливает возможность генерирования при обратном МП реактивных
напряжений (σ
Р
) и совершения полезной работы (а
В
). При этом выполнение
всех необходимых условий кристаллографической обратимости МП в
сплавах с упорядоченной структурой, при условии высокого истинного
предела текучести (например в TiNi), обеспечивает высокие значения σ
Р
и
а
В
.
Вопросы для самоконтроля к Главе 2
1. Что такое термоупругое мартенситное превращение? Каковы его
признаки?
2. В каких сплавах ЭПФ проявляется наиболее ярко: с упорядоченной
структурой или с неупорядоченной структурой?
3. Как влияет структурное состояние аустенитной фазы на интервал
температур мартенситного превращения?
4. Какой тип сверхструктуры имеет аустенитная фаза в сплавах на
основе никелида титана?
55
5. Какой тип сверхструктуры имеет аустенитная фаза в сплавах на
основе меди?
6. Какую структуру имеет мартенситная фаза, образующаяся из В2-
структуры?
7. Какую структуру имеет мартенситная фаза, образующаяся из DО
3
-
структуры?
8. Что такое самоаккомодация кристаллов мартенсита?
9. Назовите механизмы накопления обратимой деформации в МПФ.
10. Назовите механизмы возврата деформации в МПФ.
11. Какие условия способствуют наиболее полной обратимости
возврата накопленой деформации в МПФ?
12. Назовите МПФ с наиболее высоким комплексом характеристик
ЭПФ.