Влияние электропластической прокатки на мартенситное превращение в сплаве ТiNi с эффектом памяти формы
Анализируется влияние электропластической прокатки и последующего отжига на мартенситное превращение в сплаве Ti₄₉.₃Ni₅₀.₇ с эффектом памяти формы (ЭПФ). Методом дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК) обнаружено, что при малых степенях деформации холодная прокатка с током способствует релак...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Физика и техника высоких давлений |
|---|---|
| Дата: | 2008 |
| Автори: | , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України
2008
|
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/70467 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Влияние электропластической прокатки на мартенситное превращение в сплаве ТiNi с эффектом памяти формы / А.Е. Сергеева, В.В. Столяров, Е.Г. Пашинская, В.В. Гришаев // Физика и техника высоких давлений. — 2008. — Т. 18, № 4. — С. 138-142. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-70467 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Сергеева, А.Е. Столяров, В.В. Пашинская, Е.Г. Гришаев, В.В. 2014-11-06T18:32:52Z 2014-11-06T18:32:52Z 2008 Влияние электропластической прокатки на мартенситное превращение в сплаве ТiNi с эффектом памяти формы / А.Е. Сергеева, В.В. Столяров, Е.Г. Пашинская, В.В. Гришаев // Физика и техника высоких давлений. — 2008. — Т. 18, № 4. — С. 138-142. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. 0868-5924 PACS: 62.20.Fe https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/70467 Анализируется влияние электропластической прокатки и последующего отжига на мартенситное превращение в сплаве Ti₄₉.₃Ni₅₀.₇ с эффектом памяти формы (ЭПФ). Методом дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК) обнаружено, что при малых степенях деформации холодная прокатка с током способствует релаксации структуры и восстанавливает прямое мартенситное превращение при охлаждении, которое в отсутствие тока обычно подавляется. Effect of electroplastic rolling (EPR) followed by annealing on martensitic transformation in the shape memory Ti₄₉.₃Ni₅₀.₇ alloy is analysed. Using differential scanning calorimetry (DSC) method it was shown that EPR at the low strain stimulates structure relaxation and recovers martensitic transformation upon cooling, which is usually suppressed by cold rolling. Работа выполнена при поддержке РФФИ, гранты № 07-08-12132 офи, 08-08-497а, 08-08-90403-Укр_а. ru Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України Физика и техника высоких давлений Влияние электропластической прокатки на мартенситное превращение в сплаве ТiNi с эффектом памяти формы Вплив электропластичної прокатки на мартенситне перетворення у сплаві TiNi з ефектом пам'яті форми Effect of electroplastic rolling on martensitic transformation in shape memory TiNi alloy Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Влияние электропластической прокатки на мартенситное превращение в сплаве ТiNi с эффектом памяти формы |
| spellingShingle |
Влияние электропластической прокатки на мартенситное превращение в сплаве ТiNi с эффектом памяти формы Сергеева, А.Е. Столяров, В.В. Пашинская, Е.Г. Гришаев, В.В. |
| title_short |
Влияние электропластической прокатки на мартенситное превращение в сплаве ТiNi с эффектом памяти формы |
| title_full |
Влияние электропластической прокатки на мартенситное превращение в сплаве ТiNi с эффектом памяти формы |
| title_fullStr |
Влияние электропластической прокатки на мартенситное превращение в сплаве ТiNi с эффектом памяти формы |
| title_full_unstemmed |
Влияние электропластической прокатки на мартенситное превращение в сплаве ТiNi с эффектом памяти формы |
| title_sort |
влияние электропластической прокатки на мартенситное превращение в сплаве тini с эффектом памяти формы |
| author |
Сергеева, А.Е. Столяров, В.В. Пашинская, Е.Г. Гришаев, В.В. |
| author_facet |
Сергеева, А.Е. Столяров, В.В. Пашинская, Е.Г. Гришаев, В.В. |
| publishDate |
2008 |
| language |
Russian |
| container_title |
Физика и техника высоких давлений |
| publisher |
Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Вплив электропластичної прокатки на мартенситне перетворення у сплаві TiNi з ефектом пам'яті форми Effect of electroplastic rolling on martensitic transformation in shape memory TiNi alloy |
| description |
Анализируется влияние электропластической прокатки и последующего отжига на мартенситное превращение в сплаве Ti₄₉.₃Ni₅₀.₇ с эффектом памяти формы (ЭПФ). Методом дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК) обнаружено, что при малых степенях деформации холодная прокатка с током способствует релаксации структуры и восстанавливает прямое мартенситное превращение при охлаждении, которое в отсутствие тока обычно подавляется.
Effect of electroplastic rolling (EPR) followed by annealing on martensitic transformation in the shape memory Ti₄₉.₃Ni₅₀.₇ alloy is analysed. Using differential scanning calorimetry (DSC) method it was shown that EPR at the low strain stimulates structure relaxation and recovers martensitic transformation upon cooling, which is usually suppressed by cold rolling.
|
| issn |
0868-5924 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/70467 |
| citation_txt |
Влияние электропластической прокатки на мартенситное превращение в сплаве ТiNi с эффектом памяти формы / А.Е. Сергеева, В.В. Столяров, Е.Г. Пашинская, В.В. Гришаев // Физика и техника высоких давлений. — 2008. — Т. 18, № 4. — С. 138-142. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT sergeevaae vliânieélektroplastičeskoiprokatkinamartensitnoeprevraŝenievsplavetiniséffektompamâtiformy AT stolârovvv vliânieélektroplastičeskoiprokatkinamartensitnoeprevraŝenievsplavetiniséffektompamâtiformy AT pašinskaâeg vliânieélektroplastičeskoiprokatkinamartensitnoeprevraŝenievsplavetiniséffektompamâtiformy AT grišaevvv vliânieélektroplastičeskoiprokatkinamartensitnoeprevraŝenievsplavetiniséffektompamâtiformy AT sergeevaae vplivélektroplastičnoíprokatkinamartensitneperetvorennâusplavítinizefektompamâtíformi AT stolârovvv vplivélektroplastičnoíprokatkinamartensitneperetvorennâusplavítinizefektompamâtíformi AT pašinskaâeg vplivélektroplastičnoíprokatkinamartensitneperetvorennâusplavítinizefektompamâtíformi AT grišaevvv vplivélektroplastičnoíprokatkinamartensitneperetvorennâusplavítinizefektompamâtíformi AT sergeevaae effectofelectroplasticrollingonmartensitictransformationinshapememorytinialloy AT stolârovvv effectofelectroplasticrollingonmartensitictransformationinshapememorytinialloy AT pašinskaâeg effectofelectroplasticrollingonmartensitictransformationinshapememorytinialloy AT grišaevvv effectofelectroplasticrollingonmartensitictransformationinshapememorytinialloy |
| first_indexed |
2025-11-25T20:23:23Z |
| last_indexed |
2025-11-25T20:23:23Z |
| _version_ |
1850523035407220736 |
| fulltext |
Физика и техника высоких давлений 2008, том 18, № 4
138
PACS: 62.20.Fe
А.Е. Сергеева1, В.В. Столяров1,2, Е.Г. Пашинская3, В.В. Гришаев3
ВЛИЯНИЕ ЭЛЕКТРОПЛАСТИЧЕСКОЙ ПРОКАТКИ
НА МАРТЕНСИТНОЕ ПРЕВРАЩЕНИЕ В СПЛАВЕ ТiNi
С ЭФФЕКТОМ ПАМЯТИ ФОРМЫ
1Московский государственный индустриальный институт
г. Москва, Россия
E-mail: ser-na@inbox.ru
2Институт машиноведения им. А.А. Благонравова РАН
М. Харитоньевский пер., 4, г. Москва, 101990, Россия
E-mail: vlst@yauza.ru
3Донецкий физико-технический институт им. А.А. Галкина НАН Украины
ул. Р. Люксембург, 72, г. Донецк, 83114, Украина
Анализируется влияние электропластической прокатки и последующего отжига
на мартенситное превращение в сплаве Ti49.3Ni50.7 с эффектом памяти формы
(ЭПФ). Методом дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК) обнару-
жено, что при малых степенях деформации холодная прокатка с током способст-
вует релаксации структуры и восстанавливает прямое мартенситное превраще-
ние при охлаждении, которое в отсутствие тока обычно подавляется.
Сплав Ti49.3Ni50.7 обычно применяется в закаленном и затем состаренном
состоянии, в котором его характеристики памяти формы максимальны. Пла-
стическая деформация и последующий нагрев сплава приводят к тому, что
кроме интерметаллидной матрицы на основе твердого раствора TiNi в его
структуре могут присутствовать частицы второй фазы Ti3Ni4 и области
аморфной фазы. Такой сплав по своей природе является композиционным
труднодеформируемым материалом. Недавно было показано, что электро-
пластическая прокатка (ЭПП) может быть успешно использована для повы-
шения деформируемости и получения наноструктуры в объемных длинно-
мерных изделиях тонкого сечения в сплаве TiNi с ЭПФ [1,2]. Однако влия-
ние ЭПП на проявление эффекта памяти формы не исследовано.
Известно, что в основе ЭПФ лежит термоупругое мартенситное B2 ↔
↔ B19′-превращение высокотемпературной аустенитной фазы, которое в
ряде случаев может осуществляться через промежуточную R-фазу. Одним из
Физика и техника высоких давлений 2008, том 18, № 4
139
методов определения стадийности, температур начала и конца превращений
является ДСК. Данный метод успешно использован для исследования фазо-
вых превращений в сплаве TiNi после холодной прокатки [3] и различных
режимов термообработки [4]. С помощью ДСК был выявлен температурный
эффект памяти в сплаве, который проявлялся в запоминании сплавом темпе-
ратур превращений при прерывании цикла нагрев–охлаждение [5].
Важным аспектом отличия процесса электропластической деформации от
холодной прокатки является характер влияния тока на структуру и фазовые
превращения в сплаве TiNi, что прежде методом ДСК не исследовалось.
Наибольший интерес при этом представляют малые степени деформации,
при которых плотность образующихся структурных дефектов еще не высо-
кая, а влияние тока может быть сильнее, чем при больших степенях дефор-
мации.
В настоящей работе методом ДСК исследуется влияние ЭПП при малой
степени деформации и температуры последующего отжига на мартенситное
превращение в сплаве Ti49.3Ni50.7.
Материал и методики исследования
Объектом исследования выбран сплав Ti49.3Ni50.7 застехиометрического
состава в форме пластин размером 1.8 × 6 × 150 mm. Образцы были закале-
ны в воду от 800°C в течение 1 h, что привело к образованию микрострукту-
ры в виде полиэдрических зерен средним размером 80 μm, представляющих
собой пересыщенный твердый раствор никеля на основе упорядоченного
интерметаллида TiNi (В2-фаза).
Прокатку с применением импульсного тока вели на двухвалковом про-
катном стане с диаметром валков 120 mm, оборудованном генератором им-
пульсного тока. Для подведения и съема тока использовали скользящий кон-
такт (отрицательный полюс) до зоны деформации образца и один из валков
(положительный полюс) соответственно. Прокатку вели при комнатной
температуре со скоростью 4 m/min в пошаговом режиме при регулируемом
разовом обжатии по толщине (~ 25 μm).
Плоскую прокатку выполняли при плотности однополярного импульсного
тока j = 84 A/mm2, длительности импульса 80·10–6 s и скважности 12.5. Ис-
тинная деформация при прокатке составляла е = lnh0/h = 0.3, где h0, h – тол-
щина образца соответственно до и после прокатки. Постдеформационный
отжиг осуществляли при температурах 400, 450 и 500°C и длительности вы-
держки 1 h.
Образцы для ДСК размером 4 × 4 mm были вырезаны из средней части
прокатанных образцов электроискровой резкой и взвешены. Для сравнения
использовали эталонный образец никеля с близкой массой. Циклы нагрев–
охлаждение в калориметре NETZSCH DSC204 проводили в интервале темпе-
ратур от –150 до 150°C со скоростью 10°C/min. Охлаждение осуществляли с
помощью жидкого азота.
Физика и техника высоких давлений 2008, том 18, № 4
140
Экспериментальные результаты и обсуждение
На рис. 1 представлены ДСК-термограммы для образцов, прокатанных с
током и без тока со степенью деформации е = 0.3. В образце, прокатанном
без тока, температурные пики не наблюдаются, что свидетельствует об от-
сутствии мартенситных превращений. Аналогичный результат был обнару-
жен ранее в [2] и связан с высокой плотностью дефектов и напряжениями,
которые подавляют мартенситное превращение.
а б
в г
Рис. 1. Термограммы закаленного сплава Ti49.3Ni50.7 после прокатки с током (1, 4) и
без тока (2, 3), e = 0.3: а – в отсутствие отжига, б, в, г – после отжига при темпера-
турах соответственно 400, 450 и 500°C; 1, 2 – нагрев, 3, 4 – охлаждение
В образце после ЭПД при той же степени деформации наблюдается пря-
мое двухстадийное B2 → R → B19′-превращение при охлаждении и одно-
стадийное B19′ → B2 обратное превращение при нагреве. Импульсный ток в
процессе пластической деформации воздействует на образующиеся скопле-
ния дислокаций и способствует уменьшению их плотности. В результате
происходит частичная релаксация структуры, что и приводит к восстановле-
нию превращений.
Рассмотрим, как влияет температура отжига на характер превращений
при прокатке с током и без тока. На рис. 1,б–г представлены термограммы
Физика и техника высоких давлений 2008, том 18, № 4
141
закаленного и затем прокатанного с током и без тока сплава после отжига
при температурах 400, 450 и 500°C.
Отжиг деформированного TiNi-сплава в интервале температур от 400 до
500°C приводит не только к частичному снятию напряжений в материале, но
и старению разной степени интенсивности – началу выделения частиц
Ti3Ni4, их интенсификации и завершению процесса.
После отжига при температуре 400°C (рис. 1,б) в обоих состояниях пря-
мое превращение осуществляется в две стадии: B2 → R → B19′. Ток не
влияет на стадийность и незначительно сдвигает характеристические темпе-
ратуры прямых превращений. Превращение R → B19′ характеризуется отно-
сительно широким пиком по сравнению с B2 → R, что свидетельствует о за-
метной неоднородности структуры R-фазы, вызванной начальной стадией
старения при отжиге. Ток оказывает влияние на стадийность обратного пре-
вращения в сплаве. В образце после холодной прокатки без тока при нагреве
наблюдаются два близких пика при температурах 35 и 41°C, что свидетель-
ствует о двухстадийном превращении. В сплаве, прокатанном с током, об-
ратное превращение является одноступенчатым: B19′ → B2. По-видимому,
изменение стадийности превращения связано с тепловым действием тока,
которое тормозит выделение частиц Ti3Ni4
После отжига при 450°C (рис. 1,в) все пики превращений характеризуют-
ся относительно узким температурным интервалом, что свидетельствует о
повышении однородности структуры. В данном случае ток не оказывает
влияния на стадийность превращений при нагреве и охлаждении. Они осу-
ществляются в два этапа: B2 ↔ R ↔ B19′ (при охлаждении образца после
холодной прокатки на графике наблюдается один пик, второй лежит в об-
ласти более низких температур). Это объясняется тем, что при температуре
вблизи 450°C старение происходит наиболее интенсивно и активное выде-
ление частиц Ti3Ni4 «забивает» влияние тока. Последнее сильно проявляется
в обособлении R-превращения при нагреве и повышении характеристиче-
ских температур: В19′ → R на 10°C, а R → B2 на 20°C, что также свидетель-
ствует о повышении однородности структуры сплава, прокатанного с током.
При повышении температуры отжига до 500°C (рис. 1,г) стадийность
превращений такая же, как и после отжига при 400°C (прокатка с током): B2 →
→ R → B19′ при охлаждении и B19′ → B2 при нагреве. Ширина пиков пре-
вращений уменьшается, а их высота увеличивается, что связано в большей
степени с рекристаллизационными процессами, чем со старением. На этом
фоне влияние тока проявляется в снижении на 10°C температуры B2 → R и
повышении на 15°C температуры R → B19′ при прямом превращении.
Снижение температуры начала превращения B2 → R после ЭПП может
быть связано с тем, что ток способствует частичной аннигиляции внутризе-
ренных дислокаций и их более равномерному распределению в границах зе-
рен. А барьерное влияние границ на начало мартенситного превращения на-
много выше влияния внутризеренных дислокаций. В результате температура
Физика и техника высоких давлений 2008, том 18, № 4
142
начала мартенситного превращения снижается. Повышение температуры
R → B19′-превращения может быть связано с ослаблением влияния частиц
Ti3Ni4 после прокатки с током.
Выводы
Наиболее сильное влияние тока на характер превращения в образцах,
прокатанных с малой степенью деформации (е = 0.3), проявляется до отжига –
прокатка с током, в отличие от прокатки без тока, восстанавливает мартен-
ситное превращение. В состаренном состоянии роль прокатки с током зави-
сит от температуры отжига. При низкой (400°C) температуре отжига ЭПП
приводит к подавлению обратного R-превращения. С повышением темпера-
туры отжига до 450°C ЭПП повышает температуры обратного превращения.
При высокой (500°C) температуре отжига ЭПП приводит к взаимному
сближению температур прямого превращения В2 → R и R → B19′.
Работа выполнена при поддержке РФФИ, гранты № 07-08-12132 офи, 08-
08-497а, 08-08-90403-Укр_а.
1. В.В. Столяров, У.Х. Угурчиев, И.Б. Трубицына, С.Д. Прокошкин, Е.А. Прокофь-
ев, ФТВД 16, № 4, 48 (2006).
2. В.В. Столяров, Г.Ж. Сахвадзе, Ю.В. Баранов, Конструкции из композиционных
материалов № 3, 13 (2007).
3. K. Tsuchiya, M. Inuzuka, D. Tomus, A. Hosokawa, H. Nakayama, K. Morii, Y.
Todaka, M. Umemoto, Mater. Sci. Eng. A438–440, 643 (2006).
4. T. Todoroki, H. Tamura, Trans JIM 28, № 2, 83 (1987).
5. Z.G. Wang, X.T. Zu, S. Zhu, L.M. Wang, Mater. Lett. 59, 491 (2005).
А.E. Sergeyeva, V.V. Stolyarov, E.G. Pashinskaya, V.V. Grishayev
EFFECT OF ELECTROPLASTIC ROLLING ON MARTENSITIC
TRANSFORMATION IN SHAPE MEMORY TiNi ALLOY
Effect of electroplastic rolling (EPR) followed by annealing on martensitic transformation
in the shape memory Ti49.3Ni50.7 alloy is analysed. Using differential scanning calorime-
try (DSC) method it was shown that EPR at the low strain stimulates structure relaxation
and recovers martensitic transformation upon cooling, which is usually suppressed by
cold rolling.
Fig. 1. Thermograms of hardened alloy Ti49.3Ni50.7 after rolling with (1, 4) and without
(2, 3) current, e = 0.3: а – no annealing, б–г – after annealing at 400, 450 and 500°C, re-
spectively; 1, 2 – heating, 3, 4 – cooling
|