Structural-Phase States and Properties of Weakly Stable Ti–Ni-Based Alloys During Thermal Cycling
Abstract
Structural-phase states and properties of weakly stable Ti-Ni-based alloys during thermal cycling are analyzed. A review based on representative interesting database on multicomponent Ti(Ni, Co, Mo) alloys with shape memory effect is presented. It is demonstrated that the nonlinear character of the change in the temperature dependences of the electric resistance in Ti(Ni, Co, Mo) alloys during thermal cycling and thermal treatment in the region preceding the martensitic transformation reflects the presence of the region of weakly stable pre-transitive states near the stability loss boundary. Extraordinary influence of thermal cycling through the region of martensitic transformations on the temperature dependences of curves of the electric resistance in a microalloyed multicomponent titanium-nick-elide-based alloy is established. It is important that thermal cycling in the examined alloys finishes its essential influence on the MT by the 10th cycle. Results obtained allow us to state that the influence of thermal cycling through the MT region in alloys with well expressed weakly stable pre-martensitic state leads to the development of phase work-hardening with a wide spectrum of defects. These defects also influence the mobility of interphase boundaries and can contribute considerably to an increase in the centers of electron scattering. Experimental data demonstrate the weak stability of structural phase states of the system near the stability loss boundary for structural phase interconversions. In the approximation of the thermodynamic probability of realization of these states in the case of finite temperatures it is possible to expect their coexistence in one system or interconversions under the minimal action of the thermal force.Downloads
Metrics
References
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.
Izvestiya of Altai State University is a golden publisher, as we allow self-archiving, but most importantly we are fully transparent about your rights.
Authors may present and discuss their findings ahead of publication: at biological or scientific conferences, on preprint servers, in public databases, and in blogs, wikis, tweets, and other informal communication channels.
Izvestiya of Altai State University allows authors to deposit manuscripts (currently under review or those for intended submission to Izvestiya of Altai State University) in non-commercial, pre-print servers such as ArXiv.
Authors who publish with this journal agree to the following terms:
- Authors retain copyright and grant the journal right of first publication with the work simultaneously licensed under a Creative Commons Attribution License (CC BY 4.0) that allows others to share the work with an acknowledgement of the work's authorship and initial publication in this journal.
- Authors are able to enter into separate, additional contractual arrangements for the non-exclusive distribution of the journal's published version of the work (e.g., post it to an institutional repository or publish it in a book), with an acknowledgement of its initial publication in this journal.
- Authors are permitted and encouraged to post their work online (e.g., in institutional repositories or on their website) prior to and during the submission process, as it can lead to productive exchanges, as well as earlier and greater citation of published work (See The Effect of Open Access).
