Структурно-фазовые состояния и свойства слабоустойчивых сплавов на основе TiNi при термоциклировании

А.И. Потекаев, А.А. Клопотов, В.В. Кулагина

Аннотация


Проведен анализ структурно-фазовых состояний и свойств многокомпонентных сплавов на основе TiNi с эффектами памяти формы при термоциклировании. Отмечено, что нелинейный характер изменения температурных зависимостей электросопротивления в сплавах Ti(Ni,Co,Mo) при термоциклировании и термообработке в предшествующей мартенситному превращению области отражает наличие области слабоустойчивых предпереходных состояний вблизи границы потери устойчивости. Установлено необычное влияние термоциклирования через область мартенситного превращения на температурные зависимости кривых электросопротивления в микролегированных многокомпонентных сплавах на основе никелида титана. В исследуемых сплавах термоциклирование заканчивает свое существенное воздействие на мартенситное превращение к 10-му циклу. Полученные результаты позволяют констатировать, что влияние термоциклирования через область мартенситного превращения в сплавах с хорошо выраженными слабоустойчивыми предмартенситными состояниями приводит к развитию фазового наклепа с широким спектром дефектов. Эти дефекты оказывают также влияние на подвижность межфазных границ и могут давать значительный вклад в увеличение центров рассеяния электронов. Экспериментальные данные свидетельствуют о слабой устойчивости структурно-фазовых состояний системы вблизи границы потери устойчивости относительно структурно-фазовых взаимопревращений. В приближении термодинамической вероятности реализации этих состояний в случае конечных температур можно ожидать их сосуществование в одной системе или взаимопревращений при минимальном термосиловом воздействии.

Ключевые слова


никелид титана; слабоустойчивые состояния; термоциклирование

Полный текст:

PDF

Литература


Потекаев А.И, Клопотов А.А., Козлов Э.В., Кулагина В.В. Слабоустойчивые предпереходные структуры в никелиде титана. - Томск, 2004.

Гюнтер В.Э., Ходоренко В.Н., Чекалкин Т.Л., Олесова В.Н., Дамбаев Г.Ц., Сысолятин П.Г., Фомичев Н.Г., и др. Медицинские материалы с памятью формы. - Т. 1. - Томск, 2011.

Пушин В.Г., Кондратьев В.В., Хачин В.Н. Предпереходные явления и мартенситные превращения в сплавах на основе никелида титана // Известия ВУЗов. Физика. -1985. - № 5.

Otsuka K., Ren X. Physical metallurgy of Ti-Ni-based shape memory alloys Progress in Materials Science. - 2005. - № 50.

Потекаев А. И., Плотников В. А. Акустическая диссипация энергии при термоупругих мартенситных превращениях. - Томск, 2004.

Киреева И.В., Платонова Ю.Н., Чумляков Ю.И. Влияние водорода и числа вариантов частиц на обычный и двойной эффект памяти формы в монокристаллах TiNi // Известия ВУЗов. Физика. - 2006. - Т. 59, № 10.

Ерофеев В.Я., Монасевич Л.А., Павская В.А., Паскаль Ю.И. Фазовый наклеп при мартенситном превращении никелида титана // ФММ. - 1994. - Т. 53, № 5.

Плотников В.А., Морева М.В. Деформационный гистерезис при термоупругих мартенситных превращениях в никелиде титана в условиях механического нагружения // Известия ВУЗов. Физика. - 2015. - Т. 58, № 1.

Паскаль Ю.И., Ерофеев В.Я., Монасевич Л.А., Павская В.А. Мартенситная деформация никелида титана // Известия ВУЗов. Физика. - 1982. - № 6.

Лотков А.И. Гришков В.Н. Никелид титана. Никелид титана. Кристаллические структуры и фазовые превращения // Известия ВУЗов. Физика. - 1985. - № 5.

Козлов Э.В., Тайлашев А.С., Клопотов А.А., Мейснер Л.А. Неустойчивость кристаллической решетки накануне структурных фазовых превращений // Известия ВУЗов. Физика. - 1985. - № 5.

Потекаев А.И., Клопотов А.А., Морозов М.М., Маркова Т.Н., Громов В.Е., Кулагина В.В. Структурные особенности бинарных систем со слабоустойчивыми состояниями. - Томск, 2014.

Гуфан Ю.М. Структурные фазовые переходы. - М., 1982.

Блинов Л.М., Фридкин В.М. Палто С.П., Буне А.В., Даубен П.А. Двумерные сегнетоэлектрики // УФН. - Т. 170, № 3.

Лебедев А.И. Фазовые переходы и метастабильные состояния в напряженных пленках SrTi03 // ФТТ. - 2016. - Т. 58, вып. 2.

Лайнс М., Гласс А. Сегнетоэлектрики и родственные им материалы. - М., 1980.

Тяпкин Ю.Д., Лясоцкий И.В. Внутрифазовые превращения // Итоги науки и техники. МИТОМ. - М., 1981. - Т. 15.

Тяпкин Ю.Д. Электронография // Итоги науки и техники. Металловедение и термическая обработка. - М., 1977. - Т. 11.

Потекаев А.И., Дмитриев С.В., Кулагина В.В. и др. Слабоустойчивые длиннопериодические структуры в металлических системах. - Томск, 2011.

Николин Б.И. Многослойные структуры и политипизм в металлических сплавах. - Киев, 1984.

Кондратьев В.В. О формировании многослойных промежуточных мартенситных структур // Металлофизика. - 1981. - Т. 3, Вып. 6.

Вуль Д. А., Кривоглаз М. А. Электронная энергия и особенности упорядоченных систем с длинными периодами. I. Перестройка электронного спектра при образовании длиннопериодических структур и изменение электронной энергии // ФММ. - 1981. - Т. 51, вып. 2.

Baumann W., Leineweber A., Mittemeijer E.J. The influence of plastic deformation on polytypic phase transformations in TiCr2 laves phases // Scripta Materialia. - 2010. - Vol. 63, № 11.

Устинов А.И., Гаевский А.Ю., Рудь А.Д., Скородзиевский В.С., Чуистов К.В. Условия и механизмы образования одномерно разупорядоченных структур с большой длиной корреляции // ФММ. - 1986. - Т. 62, вып. 3.

Старенченко С.В., Козлов Э.В., Старенченко В.А. Закономерности термического фазового перехода порядок-беспорядок в сплавах со сверхструктурами L12, Ь12(М), L12(ММ), D1a. - Томск, 2007.

Кристиан Дж. Теория превращения в металлах и сплавах. - М., 1978. Ч. 1.

Кан Р. Физическое металловедение. - М., 1968. - Т. 2.

Олемской А.И., Коплык И.В. Теория пространственно-временной эволюции неравновесной термодинамической системы // УФН. - 1995. - Т. 165, № 10.

Гюнтер В.Э., Домбаев Г.Ц., Сысолятин П.Г. и др. Медицинские материалы и имплантаты с памятью формы. - Томск, 1998.

Клопотов А.А., Ясенчук Ю.Ф., Абзаев Ю.А., Дементьева М.Г., Козлов Э.В., Потекаев А.И., Солоницына Н.О. Система Ni-Ti. Кристаллогеометрические особенности // Известия ВУЗов. Физика. - 2008. - Т. 51, № 3.

Бойко В.С., Гарбер В.С., Косевич А.М. Обратимая пластичность кристаллов. - М., 1991.

Потекаев А.И., Клопотов А.А., Марченко Е.С., Ку -лагина В.В., Клопотов В.Д. Влияние деформации на температурные области мартенситных превращений в сплавах на основе TiNi // Деформация и разрушение. - 2011. - № 11.

Гюнтер В.Э., Ходоренко В.Н., Ясенчук Ю.Ф. и др. Никелид титана. Медицинский материал нового поколения. - Томск, 2006.

Mohd Jani J., M. Leary. A., Subic. Mark A. Gibson. A review of shape memory alloy research, applications and opportunities // Mater. Des. Elsevier Ltd. - 2014. - Vol. 56.

Сайт Научно-производственного предприятия «МИЦ» и НИИ медицинских материалов [Электронный ресурс] URL: http://www.sme-implant.com

Matsumoto H. Irreversibility in transformation behavior of equiatomic nickel-titanium alloy by electrical resistivity measurement // J. Alloys Compd. - 2004. - Vol. 368, № 1-2.

Lin H., Wu S. Strengthening effect on shape recovery characteristic of the equiatomic TiNi alloy // Scr. Metall. Mater. - 1992. - Vol. 26.

Stachowiak G.B., McCormick P.G. Shape memory behaviour associated with the R and martensitic transformations in a NiTi alloy // Acta Met. - 1988. - Vol. 36.

Tang W., Sandstrom R. Analysis of the influence of cycling on TiNi shape memory alloy properties // Mater. Des. - 1993. - Vol. 14, № 2.

Furuya Y, Park Y.C. Thermal cyclic deformation and degradation of shape memory effect in Ti-Ni alloy // Nondestruct. Test. Eval. - 1992. - Vol. 8-9, № 1-6.

Wayman С.М., Comelis I., Shimizu К. Transformation behavior and the shape memory in thermally cycled TiNi // Scr. Metall. - 1972. - Vol. 6.

Resnina N., Belyaev S. Multi-stage martensitic transformations induced by repeated thermal cycling of equiatomic TiNi alloy // J. Alloys Compd. - 2009. - Vol. 486, № 1-2.

Pelton A.R., Huang G.H., Moinec P., Siuclaird R. Effects of themial cycling on microstmctnre and properties in Nitinol // Mater. Sci. Eng. A. - 2012. - Vol. 532.

Ezaz T., Wang J., Sehitoglu H., Maier H.J. Plastic defomiation of NiTi shape memoiy alloys // Acta Mater. Acta Materialia Inc. - 2013. - Vol. 61, № 1.

Benjamin M. Irradiation swelling, creep, thermal shock and thermal cycling fatigue analysis of cylindrical controlled thermonuclear reactor first wall // Nucl. Eng. Des. - 1974. - Vol. 28, № 1.

Miyazaki S., Igo Y., Otsuka K. Effect of thermal cycling on the transformation temperatures of TiNi alloys // Acta Met. - 1986. - Vol. 34.

Morgan N.B., Friend C.M. A review of shape memory stability in NiTi alloys // J Phys IV. - 2001. - Vol. 11.

Simon Т., Kroger A., Somsen С., Dlouhy A. On the multiplication of dislocations during martensitic transformations in NiTi shape memory alloys // Acta Mater. - 2010. - Vol. 58, № 5.

Kwarciak J., Lekston Z., Morawirec H. Effect of Thermal Cycling And Ti2Ni Precipitation on the Stability of the Ni-Ti Alloys // J. Sci Mater. - 1987. - Vol. 7.

Tadaki Т., Nakata Y., Shimizu K. Thermal cycling effects in an aged Ni-rich Ti-Ni shape memory alloy // Japan Inst. Met. Trans. - 1987. - Vol. 28, № 11.

Khalil-allafi J., Dlouhy A., Eggeler G. Ni4Ti3 - precipitation during aging of NiTi shape memory alloys and its influence on martensitic phase transformations // Acta Materialia. - 2002. - Vol. 50.

Wasilewski R. Martensitic transformation and fatigue strength in TiNi // Scr. Metall. - 1971.

Otsuka K., Ren X. Martensitic transformations in nonferrous shape memory alloys // Mater. Sci. Eng. A. - 1999. - Vol. 273-275.

Liu Y, McCormick P. Influence of heat treatment on the mechanical behaviour of a NiTi alloy // ISIJ Int. - 1989. - Vol. 54, № 5.

Pelton A.R., Stockel D., Duerig T.W. Medical Uses of Nitinol // Proc. Int. Symp. Shape Mem. Mater. - 1999. - 2000. - Vol. 327-328.

Потекаев А.И., Клопотов А.А., Матюнин А.Н., Марченко Е.С., Гюнтер В.Э., Джалолов Ш.А. Влияние фазового наклепа на предмартенситные состояния и на мартенситные превращения в многокомпонентных сплавах Ti(Ni,Co,Mo) с эффектами памяти формы // Материаловедение. - 2010. - № 12.

Novak V, Sittner P., Dayananda G.N.et al. Electric resistance variation of NiTi shape memory alloy wires in thermomechanical tests: Experiments and simulation // Materials Science and Engineering. - 2008. - Vol. A481-482.

Kolomytsev VI., Structural Phase Transformations in TiNi-Me and Cu-Al-Me Transition Metal Alloys, Extended Abstract of Doctoral (Med.) Dissertation. - Kiev, 1996.

Клопотов А.А., Потекаев А.И., Грибов Ю.А., Козлов Э.В. Размерный фактор, интенсивность изменения фазового состава и особенности поведения атомного объема при мартенситных превращениях в слабоустойчивых сплавах на основе никелида титана // Известия ВУЗов. Физика. - 2003. - Т. 46, № 7.

Потекаев А.И. Длиннопериодические состояния металлических сплавов. I. Анализ структурных особенностей // Известия ВУЗов. Физика. - 1995. - Т. 38, № 6.

Потекаев А.И. Длиннопериодические состояния металлических упорядоченных сплавов. 2. Физические представления о природе образования // Известия ВУЗов. Физика. - 1996. - Т. 39. - № 6.

Потекаев А.И., Дудник Е.А., Старостенков М.Д., Попова Л.А. Термоактивируемые перестройки структуры бинарного сплава Cu3Au при отклонении от стехиометрического состава // Известия ВУЗов. Физика. - 2008. - Т. 51, № 10.

Потекаев А.И., Дудник Е.А., Старостенков М.Д., Кулагина В.В., Мясниченко В.С. Термоактивируемые перестройки структуры бинарного сплава CuAu при отклонении от стехиометрического состава // Известия ВУЗов. Физика. - 2010. - Т. 53, № 3.

Потекаев А.И., Старостенков М.Д., Синица Н.В., Яшин А.В., Харина Е.Г., Кулагина В.В. Механизмы структурной перестройки в модели нановолокна интерметаллида Ni3Al, содержащего длиннопериодические антифазные границы, в процессе высокоскоростной деформации одноосного растяжения // Известия ВУЗов. Физика. - 2010. - Т. 53, № 8.

Потекаев А.И., Наумов И.И., Кулагина В.В., Удодов В.Н. и др. Естественные длиннопериодические наноструктуры / под ред. А.И. Потекаева. - Томск, 2002.

Потекаев А.И., Кулагина В.В. Слабоустойчивые наноструктуры конденсированных систем вблизи границы потери устойчивости // Известия ВУЗов. Физика. - 2008. - Т. 51, № 11/3.

Потекаев А.И., Кулагина В.В. Слабоустойчивые наноструктурные состояния систем вблизи границ потери устойчивости // Известия ВУЗов. Физика. - 2009. - Т. 52, № 8/2.

Кулагина В.В., Старостенков М.Д., Потекаев А.И., Еремеев С.В. Многочастичные эффективные межатомные потенциалы в вычислительном материаловедении // Фундаментальные проблемы современного материаловедения. - 2011. - № 3, Т. 8.

Клопотов А.А., Потекаев А.И., Козлов Э.В., Кулагина В.В. Слабоустойчивые предпереходные состояния, фазовые переходы порядо-беспорядок и структурные превращения B2-A1 в сплавах Cu - 40 ат.% Pd // Известия ВУЗов. Физика. - 2011. - Т. 54, № 9.

Потекаев А.И., Клопотов А.А., Кулагина В.В., Гюнтер В.Э. Влияния дефектов структуры на структурно-фазовые превращения в слабоустойчивых состояниях функциональных материалов // Известия ВУЗов. Черная металлургия. - 2010. - № 10.

Потекаев А.И., Кулагина В.В. Слабоустойчивые наноструктурные состояния систем вблизи границ потери устойчивости // Известия ВУЗов. Физика. - 2009. - Т. 52, № 8/2.

Потекаев А.И., Кулагина В.В. Стркутурно-фазовые превращения в слабоустойчивых состояниях конденсированных систем // Известия ВУЗов. Физика. - 2011. - Т. 54, № 8.

Старостенков М.Д., Потекаев А.И., Синица Н.В., Яшин А.В., Харина Е.Г., Кулагина В.В. Механизмы структурной перестройки в модели нановолокна интерметалли-да Ni3Al, содержащего длиннопериодические антифазные границы, в процессе высокоскоростной деформации одноосного растяжения // Известия ВУЗов. Физика. - 2010. - Т. 53, № 8.

Старостенков М.Д., Потекаев А.И., Маркидонов А.В., Тихонова Т.А., Кулагина В.В. Высокоскоростной массоперенос в кристаллическом алюминии, содержащем цепочки вакансий и межузельных атомов // Известия ВУЗов. Физика. - 2009. - Т. 52, № 9/2.

Старостенков М.Д., Потекаев А.И., Синица Н.В., Яшин А.В., Харина Е.Г., Кулагина В.В. Механизмы структурной перестройки в модели нановолокна интерметаллида Ni3Al, содержащего длиннопериодические антифазные границы, в процессе высокоскоростной деформации одноосного растяжения // Известия ВУЗов. Физика. - 2010. - Т. 53, № 8.

Старостенков М.Д., Потекаев А.И., Синица Н.В., Яшин А.В., Харина Е.Г., Кулагина В.В. Особенности структурной перестройки в нановолокне интерметаллида Ni3Al, содержащего длиннопериодические парные термические антифизные границы, в процессе высокоскоростной деформации одноосного растяжения в направлении №001> // Известия ВУЗов. Физика. - 2011. - Т. 54, № 2.

Старостенков М.Д., Маркидонов А.В., Тихонова Т.А., Потекаев А.И., Кулагина В.В. Высокоскоростной мас-соперенос в ГЦК-металлах, содержащих цепочки вакансий и межузельных атомов // Известия ВУЗов. Физика. - 2011. - Т. 54, № 3.

Кулагина В.В., Потекаев А.И., Клопотов А.А., Старостенков М.Д. Влияние плотности планарных дефектов структуры на структурно-фазовые преврещения в слабоустойчивом состоянии тетрагональных сплавов // Известия ВУЗов. Физика. - 2012. - Т. 55, № 4.

Потекаев А.И., СтаростенковМ.Д., Кулагина В.В. Влияние точечных и планарных дефектов на структурнофазовые превращения в предпереходной слабоустойчивой области металлических систем / под общ. ред. А.И. Потекаева. - Томск, 2014.

Потекаев А.И. Микроструктура упорядоченного сплава с длинным периодом при температурах ниже Тс // ФММ. - 1986. - Т. 61, № 2.

Potekaev A.I. Simulation of the influence of external conditions on long-period ordered phases. Influence of temperature // Phys. Stat. Sol. (a). - 1992. - Vol. 134.

Клопотов А.А., Тайлашев А.С., Попов С.Н., Козлов Э.В. Тепловые эффекты превращений В2-А1 в сплаве CuPd/ / Изв. ВУЗов. Физика. - 1993. - Т. 46, № 2.

Потекаев А.И., Кулагина В.В. Влияние антифазных границ на структурно-фазовые превращения в предпереходных состояниях упорядоченных ОЦК-сплавов // Известия ВУЗов. Физика. - 2011. - Т. 54, № 11/3.

Потекаев А.И., Чаплыгина А.А., Старостенков М. Д., Попова Л.А., Кулагина В.В., Клопотов А. А. Структурно-фазовые превращения сплавов системы Cu-Pt при атомном упорядочении // Известия ВУЗов. Физика. - 2012. - Т. 55, № 7.

Потекаев А.И., Кулагина В.В., Чаплыгина А.А., Попова Л.А., Старостенков М.Д., Клопотов А.А. Структурнофазовые превращения в сплаве Cu3Pt при атомном упорядочении // Известия ВУЗов. Физика. - 2012. - Т. 55, № 11.

Потекаев А.И., Кулагина В.В., Чаплыгина А.А., Старостенков М.Д., Клопотов А.А. Структурно-фазовые превращения в сплаве Cu3Pt5 при атомном упорядочении // Известия ВУЗов. Физика. - 2013. - Т. 56, № 6.

Чаплыгина А.А., Потекаев А.И., Чаплыгин П.А., Кулагина В.В., Старостенков М.Д., Гринкевич Л.С. Особенности структурно-фазовых превращений сплава CuZn при термоциклировании // Известия ВУЗов. Физика. - 2016. - Т. 59, № 5.

Чаплыгин П.А., Старостенков М. Д., Потекаев А.И., Чаплыгина А.А., Клопотов А.А., Кулагина В.В., Гринкевич Л.С. Структурно-фазовые превращения ОЦК-сплава при термоциклировании // Известия ВУЗов. Физика. - 2015. - Т. 58, № 4.

Потекаев А.И., Чаплыгина А.А., Кулагина В.В., Чаплыгин П.А., Старостенков М.Д., Гринкевич Л.С. Структурно-фазовые превращения сплава CuZn при термосиловом циклировании // Известия ВУЗов. Физика. - 2016. - Т. 59, № 10.


Метрики статей

Загрузка метрик ...

Metrics powered by PLOS ALM

Ссылки

  • На текущий момент ссылки отсутствуют.


(c) 2017 Известия АлтГУ

Архив журнала с 1996 по 2016 гг. расположен на старой версии сайта по адресу: http://izvestia.asu.ru/ru/

Лицензия Creative Commons
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.

ISSN 1561-9443; ISSN (Online) 1561-9451