Сплавы с эффектом памяти формы

Листать книгу

Страницы: ... ... ... ... ... ...

скачать книгу Сплавы с эффектом памяти формы

Рассматривается актуальная проблема исследования сплавов с эффектом памяти формы, относящихся к новым металлическим материалам с уникальными свойствами. Описаны теоретические основы механизма эффекта памяти формы, свойства сплавов Ti — Ni и сплавов на основе Си, обладающих эффектом памяти формы, и применение этих сплавов в технике и медицине.
...
Для научных работников и специалистов, работающих над созданием материалов нового поколения. Ил. 188. Табл. 21. Библиогр. список: 163 назв.
...
Во второй половине XX столетия было сделано много серьезных открытий в области физики металлов. Эффект памяти формы, безусловно, одно из наиболее ярких среди них. История создания материалов, способных "запоминать" свою форму, своеобразна и поучительна. В 1948 г. советские ученые академик Г.В. Курдюмов и докт. физ.-мат. наук Л.Г. Хандрос обнаружили интересное явление, которое позднее было официально названо эффектом Курдюмова. Суть его, согласно тексту открытия, зарегистрированного Госкомитетом СССР по делам изобретений и открытий, состояла в следующем: "Установлено неизвестное ранее явление термоупругого равновесия при фазовых превращениях мартенситного типа, заключающееся в образовании упругих кристаллов мартенсита, границы которых в интервале температур превращения при изменении температуры и (или) поля напряжений перемещаются в сторону мартенситной или исходной фазы с одновременным обратимым изменением геометрической формы образующихся областей твердого тела".
...
В 50-х годах стали появляться сообщения о сплавах, испытывающих обратимые макроскопические изменения формы. На основе сплава Au— Cd был даже сконструирован простой двигатель, преобразующий тепловую энергию в механическую, который демонстрировался в 1954 г. на Всемирной выставке в Брюсселе. В начале 60-х годов эффект памяти формы, основанный на термоупругом мартенситом превращении, был обнаружен в сплавах Т i—N i и Си—AI. Доступность этих материалов и сильно выраженный эффект памяти формы позволили перенести проблему в область практического материаловедения. Сейчас можно с уверенностью говорить о том, что разработка и практическое использование сплавов, обладающих свойством запоминания формы, является важной самостоятельной областью современной науки, способствующей ускорению научно-технического прогресса в таких отраслях народного хозяйства, как приборостроение, космическая технология, медицина и многие другие.
...
Предлагаемая вниманию советского читателя книга под редакцией проф. X. Фунакубо "Сплавы с эффектом памяти формы" написана коллективом очень авторитетных японских ученых, длительное время успешно работающих в этой области материаловедения. Книга состоит из трех глав, рассматривающих сплавы с эффектом памяти формы как бы в трех измерениях: физическом, металловедческом и прикладном.
...
В гл. 1 детально рассмотрены физические принципы явления, кристалл о геометрия, термодинамика и морфология термоупругого мартенситного превращения. Большое внимание уделено псевдоупругости и сверхэластичности сплавов, где реализуется термоупругое мартенситное превращение. В гл. 2 детально проанализированы физико-механические
...
Во второй половине XX столетия было сделано много серьезных открытий в области физики металлов. Эффект памяти формы, безусловно, одно из наиболее ярких среди них. История создания материалов, способных "запоминать" свою форму, своеобразна и поучительна. В 1948 г. советские ученые академик Г.В. Курдюмов и докт. физ.-мат. наук Л.Г. Хандрос обнаружили интересное явление, которое позднее было официально названо эффектом Курдюмова. Суть его, согласно тексту открытия, зарегистрированного Госкомитетом СССР по делам изобретений и открытий, состояла в следующем: "Установлено неизвестное ранее явление термоупругого равновесия при фазовых превращениях мартенситного типа, заключающееся в образовании упругих кристаллов мартенсита, границы которых в интервале температур превращения при изменении температуры и (или) поля напряжений перемещаются в сторону мартенситной или исходной фазы с одновременным обратимым изменением геометрической формы образующихся областей твердого тела".
...
В 50-х годах стали появляться сообщения о сплавах, испытывающих обратимые макроскопические изменения формы. На основе сплава Au— Cd был даже сконструирован простой двигатель, преобразующий тепловую энергию в механическую, который демонстрировался в 1954 г. на Всемирной выставке в Брюсселе. В начале 60-х годов эффект памяти формы, основанный на термоупругом мартенситом превращении, был обнаружен в сплавах Т i—N i и Си—AI. Доступность этих материалов и сильно выраженный эффект памяти формы позволили перенести проблему в область практического материаловедения. Сейчас можно с уверенностью говорить о том, что разработка и практическое использование сплавов, обладающих свойством запоминания формы, является важной самостоятельной областью современной науки, способствующей ускорению научно-технического прогресса в таких отраслях народного хозяйства, как приборостроение, космическая технология, медицина и многие другие.
...
Предлагаемая вниманию советского читателя книга под редакцией проф. X. Фунакубо "Сплавы с эффектом памяти формы" написана коллективом очень авторитетных японских ученых, длительное время успешно работающих в этой области материаловедения. Книга состоит из трех глав, рассматривающих сплавы с эффектом памяти формы как бы в трех измерениях: физическом, металловедческом и прикладном.
...
В гл. 1 детально рассмотрены физические принципы явления, кристалл о геометрия, термодинамика и морфология термоупругого мартенситного превращения. Большое внимание уделено псевдоупругости и сверхэластичности сплавов, где реализуется термоупругое мартенситное превращение. В гл. 2 детально проанализированы физико-механические
...
свойства сплавов Ti-Ni и Си—AI — наиболее перспективных материалов с эффектом памяти формы. Важно отметить, что авторы рассматривают не только те свойства, которые непосредственно связаны с эффектом памяти формы, но и те (усталость, хрупкость), которые могут ограничить их практическое использование. В гл. 3 подробно описано практическое применение сплавов с эффектом памяти формы в технике и медицине.
...
С большим сожалением вынужден сказать, что в книге не упомянуты имена советских ученых — основоположников важного направления современного материаловедения Г.В. Курдюмова и Л.Г. Хандроса. Не найдет читатель и ссылок на более поздние исследования советских ученых. Между тем в СССР успешно ведутся работы в области сплавов с эффектом памяти формы в ряде научных коллективов, возглавляемых Л.Г. Хандросом, Е.З. Винтайкиным, В.А. Лихачевым, В.Н. Хачи-ным, В.Э. Понтером и другими ведущими специалистами. Поэтому мы сочли возможным привести очень краткий перечень публикаций в отечественной литературе, затрагивающих проблему изучения сплавов с эффектом памяти формы.
...
Можно не сомневаться, что книга "Сплавы с эффектом памяти формы" окажет большую помощь специалистам, работающим над проблемой создания материалов нового поколения, и даст новый импульс в более широком использовании этих материалов в технике и медицине.
...
свойства сплавов Ti-Ni и Си—AI — наиболее перспективных материалов с эффектом памяти формы. Важно отметить, что авторы рассматривают не только те свойства, которые непосредственно связаны с эффектом памяти формы, но и те (усталость, хрупкость), которые могут ограничить их практическое использование. В гл. 3 подробно описано практическое применение сплавов с эффектом памяти формы в технике и медицине.
...
С большим сожалением вынужден сказать, что в книге не упомянуты имена советских ученых — основоположников важного направления современного материаловедения Г.В. Курдюмова и Л.Г. Хандроса. Не найдет читатель и ссылок на более поздние исследования советских ученых. Между тем в СССР успешно ведутся работы в области сплавов с эффектом памяти формы в ряде научных коллективов, возглавляемых Л.Г. Хандросом, Е.З. Винтайкиным, В.А. Лихачевым, В.Н. Хачи-ным, В.Э. Понтером и другими ведущими специалистами. Поэтому мы сочли возможным привести очень краткий перечень публикаций в отечественной литературе, затрагивающих проблему изучения сплавов с эффектом памяти формы.
...
Можно не сомневаться, что книга "Сплавы с эффектом памяти формы" окажет большую помощь специалистам, работающим над проблемой создания материалов нового поколения, и даст новый импульс в более широком использовании этих материалов в технике и медицине.
...
свойства сплавов Ti-Ni и Си—AI — наиболее перспективных материалов с эффектом памяти формы. Важно отметить, что авторы рассматривают не только те свойства, которые непосредственно связаны с эффектом памяти формы, но и те (усталость, хрупкость), которые могут ограничить их практическое использование. В гл. 3 подробно описано практическое применение сплавов с эффектом памяти формы в технике и медицине.
...
С большим сожалением вынужден сказать, что в книге не упомянуты имена советских ученых — основоположников важного направления современного материаловедения Г.В. Курдюмова и Л.Г. Хандроса. Не найдет читатель и ссылок на более поздние исследования советских ученых. Между тем в СССР успешно ведутся работы в области сплавов с эффектом памяти формы в ряде научных коллективов, возглавляемых Л.Г. Хандросом, Е.З. Винтайкиным, В.А. Лихачевым, В.Н. Хачи-ным, В.Э. Понтером и другими ведущими специалистами. Поэтому мы сочли возможным привести очень краткий перечень публикаций в отечественной литературе, затрагивающих проблему изучения сплавов с эффектом памяти формы.
...
Можно не сомневаться, что книга "Сплавы с эффектом памяти формы" окажет большую помощь специалистам, работающим над проблемой создания материалов нового поколения, и даст новый импульс в более широком использовании этих материалов в технике и медицине.
...
свойства сплавов Ti-Ni и Си—AI — наиболее перспективных материалов с эффектом памяти формы. Важно отметить, что авторы рассматривают не только те свойства, которые непосредственно связаны с эффектом памяти формы, но и те (усталость, хрупкость), которые могут ограничить их практическое использование. В гл. 3 подробно описано практическое применение сплавов с эффектом памяти формы в технике и медицине.
...
Одной из важных проблем развития технологии в Японии является разработка новых материалов. Решение этой проблемы имеет целью не только создание самого материала, оно связано с перспективами появления новых областей применения в результате реализации свойств этого материала. Поэтому решение указанной проблемы в общем является разработкой функциональных материалов.
...
Даже разрабатываемые для исследований специальные материалы не только находят применение на практике, но и имеют большое значение для создания механических систем с заданными свойствами. Вновь разрабатываемые механические системы должны в лучшей степени быть пригодными к использованию в условиях воздействия различных сред и режимов работы по сравнению с ранее применявшимися системами. Основные направления этих разработок связаны с необходимостью достижения высокой надежности, повышения комплексной функциональности, сравнительно высокой миниатюризации, автоматизации, системного подхода. Возможность создания сложных механических элементов, использующих особые свойства материалов, обеспечивает выполнение указанных задач.
...
Сплавы с эффектом памяти формы представляют типичный пример нового материала. Использование некоторых анизотропных свойств этих сплавов позволяет создать компактные и автоматизированные машины, имеющие недостижимые ранее характеристики.
...
Можно ожидать, что сплавы с эффектом памяти формы как наиболее перспективные материалы в будущем найдут широкое применение на практике. Однако, если не получить достаточных данных об основных материаловедческих свойствах этих сплавов, в частности о возможных условиях, областях и способах применения, то в результате можно утратить и надежность, и комплектность их использования. Следует признать, что эпоха легкого использования характеристик сплавов с эффектом памяти формы в новых технологических разработках уже прошла. В данной книге авторы на основе материаловедческих Представлений рассматривают механизмы превращения, обусловливающие специфические свойства сплавов, затем описывают механические, в частности, усталостные свойства. Кроме того, рассматриваются другие аспекты сплавов с эффектом памяти формы и их применение в настоящее время.
...
Профессора К. Симидзу и Ц. Тадаки из университета Осака, проф. Т. Хомма из университета Тохоку, преподаватель из университета Цуку-ба С. Миядзаки и проф. К. Ооцука из того же университета являются наиболее авторитетными специалистами в области материаловедения сплавов с эффектом памяти формы, доктор Ю. Судзуки из фирмы "Фурукава дэнки коге" — лучший специалист в области применения этих сплавов, проф. Ю. Сэкигути из университета "Секуге кунрэн" рассмотрел применение сплавов с эффектом памяти формы в медицине.
...
В настоящей книге с наибопьшей полнотой рассмотрены все вопросы, касающиеся сплавов с эффектом памяти формы. Можно надеяться, что книга окажется полезной дпя научных работников, инженеров-резреботчиков, а также студентов.
...
Одной из важных проблем развития технологии в Японии является разработка новых материалов. Решение этой проблемы имеет целью не только создание самого материала, оно связано с перспективами появления новых областей применения в результате реализации свойств этого материала. Поэтому решение указанной проблемы в общем является разработкой функциональных материалов.
...
Даже разрабатываемые для исследований специальные материалы не только находят применение на практике, но и имеют большое значение для создания механических систем с заданными свойствами. Вновь разрабатываемые механические системы должны в лучшей степени быть пригодными к использованию в условиях воздействия различных сред и режимов работы по сравнению с ранее применявшимися системами. Основные направления этих разработок связаны с необходимостью достижения высокой надежности, повышения комплексной функциональности, сравнительно высокой миниатюризации, автоматизации, системного подхода. Возможность создания сложных механических элементов, использующих особые свойства материалов, обеспечивает выполнение указанных задач.
...
Сплавы с эффектом памяти формы представляют типичный пример нового материала. Использование некоторых анизотропных свойств этих сплавов позволяет создать компактные и автоматизированные машины, имеющие недостижимые ранее характеристики.
...
Известно, что при закалке стали от высокой температуры (из аусте-нитной области) происходит повышение ее твердости. После полировки и травления в этой стали под микроскопом наблюдается специфическая структура, которую называют мартенситом по имени немецкого исследователя Мартенса, впервые наблюдавшего ее.
...
Эта структура состоит из линзообразных (или пластинчатых) областей, в которых произошла перестройка атомов в кристаллических зернах аустенита из г.ц.к. решетки в о.ц.к. (или в объемноцентрирован-ную тетрагональную) решетку. Эти продукты превращения называют мартенситом, а беэдиффузионное превращение — мартенситным превращением.
...
Помимо сталей, подобное бездиффузионное мартенситное превращение можно наблюдать и во многих других сплавах и соединениях. Поэтому в настоящее время термин мартенситное превращение широко используется для обозначения одного из типичных превращений, происходящих в твердом состоянии.
...
Наиболее точно и просто мартенситное превращение можно, по-видимому, определить как превращение решетки посредством деформации сдвига на основе кооперативного движения атомов. При образовании линзообразных или пластинчатых областей в исходной фазе атомы движутся не по отдельности, а как единый комплекс, деформация сдвига осуществляется как бы "ряд за рядом" [1], в результате чего происходит перестройка решетки исходной фазы в решетку мартенсита. При подобном кооперативном движении сохраняется однозначное соответствие между узлами решетки исходной фазы и решеткой мартенсита. Если исходная фаза имеет упорядоченную решетку, то и в мартенситной фазе вследствие соответствия решеток также образуется упорядоченная решетка.
...
вызвав таким образом мартен ситное превращение, то на поверхности возникает рельеф, обусловленный образованием мартенситной фезы М (рис. 1.1,а). Если на поверхности образца нацарапать линии, то при преврещении на границе между исходной и мартенситной фазами происходит преломление этих линий (рис. 1.1,6). И наклон поверхности.
...
характеризующий рельеф, и преломление линий имеют постоянные значения, соответствующие кристаллографической ориентировке исходной фазы. Это обусловлено тем, что изменение формы, сопровождающее преврещение, постоянно. Указанный факт объясняется классической теорией в связи с механизмом сдвиговой деформации. Изменение формы при мартен ситном превращении обусловливает, как показано ниже, механизм деформации, проявляющийся в эффекте памяти формы.
...
Учитывая только величину изменения формы, определяемую экспериментально, невозможно объяснить возникновение реальной решетки мартенситной фазы, хотя при этом и принимается во внимание деформация сдвига по плоскости габитуса решетки исходной фазы (рис. 1.2,а). Это противоречие устраняется, если учесть, что в дополнение к деформации сдвига, в результате которой решетка исходной фазы
...
Рис. 1.2. Деформация решетки и дополнительнея деформация скольжением или двойникованием (штриховой линией показано действительное изменение формы)
...
вызвав таким образом мартен ситное превращение, то на поверхности возникает рельеф, обусловленный образованием мартенситной фезы М (рис. 1.1,а). Если на поверхности образца нацарапать линии, то при преврещении на границе между исходной и мартенситной фазами происходит преломление этих линий (рис. 1.1,6). И наклон поверхности.
...
Эту дополнительную деформацию называют деформацией с инвариантной решеткой. С помощью электронного микроскопа можно обнаружить следы такой деформации — дислокации, дефекты упаковки и двойниковые дефекты. Важную роль в механизме эффекта памяти формы играют двойниковые дефекты, тесно связанные с псевдоупругостью двойнико-вания и псевдоупругостью изгиба.
...
Движущая сила. Для превращения исходной фазы в мартенситную необходимо, чтобы химическая свободная энергия мартенситной фазы была ниже, чем соответствующая энергия исходной фазы. Однако для протекания превращения необходима избыточная свободная энергия нехимической природы, например энергия деформации превращения, энергия поверхности раздела, поэтому, если разность химических свободных энергий двух фаз не превышает указанной свободной энергии нехимической природы, превращение не начинается (рис. 1.3). Следовательно, для превращения необходима движущая сила. Превращение
...
Рис. 1.3. Зависимость химической свободной энергии F исходной и мартенситной фаз от температуры и условия мартенситного превращения:
...
превращается в решетку мартенситной фазы (рис. 1.2,6), происходит скольжение (рис 1.2,в) или двойникование (рис. 1.2,г).
...
При анализе условий образования зародыша мартенсита необходимо также учитывать энергию, обусловленную пластической деформацией и упругими колебаниями атомов. Энергия пластической деформации связана с деформацией скольжением или двойникованием, обусловливающими деформацию с инвариантной решеткой в кристаллах мартенсита. Деформация скольжением происходит также в соседних с кристаллами мартенсита областях исходной фазы, поэтому можно полагать, что энергия, необходимая для этой пластической деформации, очень велика. Если предположить, что пластическая деформация происходит только в кристаллах мартенсита, то по аналогии с упругой энергией
...
В настоящее время проблема количественного определения константа В не решена. Можно считать, что энергия упругих колебаний довольно мала, поэтому основной вклад в нехимическую свободную энергию, возникающую при превращении, определяется уравнениями (1.1), (1.2) и (1.3). Следовательно, полное изменение энергии, обусловленное образованием зародыша кристалла мартенсита, определяется уравнением
...
роста первоначально образовавшихся кристаллов мартенсита, а путем образования новых кристаллов мартенсита в исходной фазе. При этом отдельные кристаллы мартенсита образуются и растут с очень большой скоростью, составляющей около 1/3 скорости распространения упругой волны в твердой фазе. Если выдерживать образцы при Т>
...
Таким образом, независимо от того, происходит ли превращение по атермическому или изотермическому типу, отдельные кристаллы мартенсита образуются и растут с очень большой скоростью. Даже при понижении температуры или с течением времени скорость роста кристаллов мартенсита не увеличивается. Механизм превращения, характеризующийся такими особенностями, называют не . рмоупругим. При термоупругом превращении первоначально образовавшиеся отдельные кристаллы мартенсита растут при понижении температуры со скоростью, соответствующей скорости охлаждения. При этом скорость роста может оказаться столь малой, что превращение можно наблюдать даже невооруженным глазом. При нагреве происходит обратный процесс: уменьшение кристаллов. Указанное термоупругое мартенситное превращение играет основную роль в проявлении эффекта памяти формы.
...
На рис. 1.4 показано [3] изменение электросопротивления при прямом мартенситном превращении и обратном превращении в сплавах Fe - 30% (ат.) Ni и Au - 47,5% (ат.) Cd. Температурный гистерезис превращения в сплавах FeNi очень большой — ~400°С. В сплавах же Au—Cd температурный гистерезис превращения очень мал: ~15°С.
...
роста первоначально образовавшихся кристаллов мартенсита, а путем образования новых кристаллов мартенсита в исходной фазе. При этом отдельные кристаллы мартенсита образуются и растут с очень большой скоростью, составляющей около 1/3 скорости распространения упругой волны в твердой фазе. Если выдерживать образцы при Т>
...
Таким образом, независимо от того, происходит ли превращение по атермическому или изотермическому типу, отдельные кристаллы мартенсита образуются и растут с очень большой скоростью. Даже при понижении температуры или с течением времени скорость роста кристаллов мартенсита не увеличивается. Механизм превращения, характеризующийся такими особенностями, называют не . рмоупругим. При термоупругом превращении первоначально образовавшиеся отдельные кристаллы мартенсита растут при понижении температуры со скоростью, соответствующей скорости охлаждения. При этом скорость роста может оказаться столь малой, что превращение можно наблюдать даже невооруженным глазом. При нагреве происходит обратный процесс: уменьшение кристаллов. Указанное термоупругое мартенситное превращение играет основную роль в проявлении эффекта памяти формы.
...
роста первоначально образовавшихся кристаллов мартенсита, а путем образования новых кристаллов мартенсита в исходной фазе. При этом отдельные кристаллы мартенсита образуются и растут с очень большой скоростью, составляющей около 1/3 скорости распространения упругой волны в твердой фазе. Если выдерживать образцы при
...
Этот факт свидетельствует, что движущая сила превращения, описанная в предыдущем разделе, т.е. нехимическая свободная энергия, необходимая для превращения, в сплавах Fe—Ni большая, а в сплавах Au— Cd — маленькая. Поэтому поверхностная энергия и энергия пластической деформации, определяемые уравнениями (1.1) и (1.3), в сплавах Au—Cd настолько малы, что ими можно пренебречь. Тогда полная энергия при превращении определяется из (1.4) в виде
...
т.е. описывается только с помощью членов, обусловленных термическим и упругим факторами. Следовательно, кристаллы мартенсита растут при охлаждении ниже Ms, однако при достижении некоторой температуры их рост приостанавливается, при этом сумма уменьшающейся термической химической свободной энергии и увеличивающейся упругой нехимической свободной энергии достигает минимальной величины. По этой причине эффект, связанный с состоянием равновесия термического и упругого факторов, называют термоупругим эффектом. Если охлаждать или нагревать образец, находящийся в состоянии термического равновесия, или приложить внешние силы к такому образцу, то состояние термического равновесия нарушается, при этом кристаллы мартенсита.
...
Этот факт свидетельствует, что движущая сила превращения, описанная в предыдущем разделе, т.е. нехимическая свободная энергия, необходимая для превращения, в сплавах Fe—Ni большая, а в сплавах Au— Cd — маленькая. Поэтому поверхностная энергия и энергия пластической деформации, определяемые уравнениями (1.1) и (1.3), в сплавах Au—Cd настолько малы, что ими можно пренебречь. Тогда полная энергия при превращении определяется из (1.4) в виде
...
т.е. описывается только с помощью членов, обусловленных термическим и упругим факторами. Следовательно, кристаллы мартенсита растут при охлаждении ниже Ms, однако при достижении некоторой температуры их рост приостанавливается, при этом сумма уменьшающейся термической химической свободной энергии и увеличивающейся упругой нехимической свободной энергии достигает минимальной величины. По этой причине эффект, связанный с состоянием равновесия термического и упругого факторов, называют термоупругим эффектом. Если охлаждать или нагревать образец, находящийся в состоянии термического равновесия, или приложить внешние силы к такому образцу, то состояние термического равновесия нарушается, при этом кристаллы мартенсита.
...
Этот факт свидетельствует, что движущая сила превращения, описанная в предыдущем разделе, т.е. нехимическая свободная энергия, необходимая для превращения, в сплавах Fe—Ni большая, а в сплавах Au— Cd — маленькая. Поэтому поверхностная энергия и энергия пластической деформации, определяемые уравнениями (1.1) и (1.3), в сплавах Au—Cd настолько малы, что ими можно пренебречь. Тогда полная энергия при превращении определяется из (1.4) в виде
...
Этот факт свидетельствует, что движущая сила превращения, описанная в предыдущем разделе, т.е. нехимическая свободная энергия, необходимая для превращения, в сплавах Fe—Ni большая, а в сплавах Au— Cd — маленькая. Поэтому поверхностная энергия и энергия пластической деформации, определяемые уравнениями (1.1) и (1.3), в сплавах Au—Cd настолько малы, что ими можно пренебречь. Тогда полная энергия при превращении определяется из (1.4) в виде
...
рост которых ранее приостановился, снова растут или сокращаются. Как указано в предыдущем разделе, такое мартен ситное превращение называют термоупругим.
...
На рис. 1.5 приведены микрофотографии, полученные с помощью оптического микроскопа. Эти микрофотографии иллюстрируют постепенный рост кристаллов термоупругого мартенсита в сплавах Си— AI—Ni при охлаждении или постепенное их уменьшение при нагреве. При приложении внешних сил наблюдается аналогичная картина.
...
Как показано выше, для возникновения термоупругого мартенсит-ного превращения необходимо, чтобы поверхностная энергия и энергия пластической деформации были настолько малы, что ими можно было бы пренебречь. Это условие выполняется, если изменение структуры при превращении незначительно и, следовательно, объемные изменения невелики, а степень когерентности исходной и мартенситной фаз на поверхности раздела весьма велика. Указанное условие, как правило, выполняется, если в исходной и мартенситной фазах возникает упорядоченная структура.
...
В табл. 1.1 приведен состав сплавов, в которых происходит термоупругое мартенситное превращение и наблюдается эффект памяти формы. Здесь же указаны температура Ms, температурный гистерезис превращения, изменение кристаллической структуры, наличие или отсутствие упорядоченной структуры, объемные изменения. За некоторым исключением, указанные выше условия выполняются почти для всех сплавов. Сплавы, составляющие исключение, имеют неупорядоченную структуру, однако соответствие решеток при превращении у них, как показано ниже, такое же, как и в упорядоченных структурах.
...
При нетермоупругом мартенситном превращении в сплавах Fe-Ni каждый кристалл мартенсита мгновенно растет до окончательного размера, а при последующем понижении температуры кристаллы больше не растут. При обратном превращении эти кристаллы не переходят в исходную фазу, геометрически сокращаясь, а, как и при прямом превращении, кристаллы исходной фазы зарождаются и растут в кристаллах мартенсита. Следовательно, движущая сила прямого превращения Авр^м почти равна движущей силе AGM^P обратного превращения. Го определяется как температура, при которой изменение свободных энергий становится равным нулю. Можно считать, что в рассматриваемом случае переохлаждение (Г0 — Ms)
...
Однако при термоупругом мартенситном превращении однажды образовавшиеся кристаллы мартенсита растут или уменьшаются при изменении температуры, поэтому их термодинамическое поведение довольно значительно отличеется от термодинамического поведения кри-
...
рост которых ранее приостановился, снова растут или сокращаются. Как указано в предыдущем разделе, такое мартен ситное превращение называют термоупругим.
...
На рис. 1.5 приведены микрофотографии, полученные с помощью оптического микроскопа. Эти микрофотографии иллюстрируют постепенный рост кристаллов термоупругого мартенсита в сплавах Си— AI—Ni при охлаждении или постепенное их уменьшение при нагреве. При приложении внешних сил наблюдается аналогичная картина.
...
рост которых ранее приостановился, снова растут или сокращаются. Как указано в предыдущем разделе, такое мартен ситное превращение называют термоупругим.
...
сталлов мартенсита при нетермоупрутом превращении. Кривая р — 7", показанная на рис. 1.4, иллюстрирует поведение сплавов, в которых происходит термоупругое превращение. На аналогичной кривой (рис. 1.6, б)
...
Экспериментально было установлено, что кристаллы мартенсита, образовавшиеся первоначально при Ms. в результате термоупругого превращения испытывают обратное превращение при Af.
...
Рис. 1.6. Два типа кривых электросопротивление — температура при термоупругом мартенситном превращении
...
Au-Cd и Cu—Al—Ni (см. рис. 1.4) является мартенситным превращением первого рода, а в сплавах Fe3Pt, In—Tl, Cu-Zn, Ag—Cd, Au—Zn, Ni—Al — мартенситным превращением второго рода.
...
Как указано в разд. 1.2, во многих сплавах, испытывающих термоупругое мартенситное превращение, образуется упорядоченная структура. Как правило, эти сплавы имеют о.ц.к. решетку. Сплавы, в которых термоупругое мартенситное превращение происходит без образования упорядоченной структуры (In—Tl, Fe—Pd, Мп-Cu), характеризуются тем, что исходная фаза этих сплавов имеет г.ц.к. решетку. Исходная фаза сплава с упорядоченной структурой Fe3Pt также имеет г.ц.к. решетку. Тем не менее за исключением указанных четырех сплавов все сплавы с эффектом памяти формы, в которых происходит термоупругое мартенситное превращение, являются сплавами с упорядоченной структурой на основе о.ц.к. решетки. Эти сплавы называют сплавами с ]3
...
Au-Cd и Cu—Al—Ni (см. рис. 1.4) является мартенситным превращением первого рода, а в сплавах Fe₃Pt, In—Tl, Cu-Zn, Ag—Cd, Au—Zn, Ni—Al — мартенситным превращением второго рода.
...
ложение атомов выше или ниже указанной плоскости. Таким образом кубическая кристаллическая структура, показанная на рис. 1.7, а и 1.8, а, может рассматриваться как структура с взаимным наложением атомных плоскостей, показанных на рис. 1.7, в и 1.8, в.
...
Мартенситное превращение в сплавах с (З-фазой можно в сущности рассматривать как структурное превращение, обусловленное деформацией самой плоскости (110) и сдвигом в направлении [110] в плоскости (110) (в отдельных случаях происходит перетасовка1. Следовательно, кристаллическая структура образовавшегося мартенсита может быть представлена в виде структуры с упорядоченным в разной последовательности чередованием плоскостей с наиболее плотной упаковкой атомов, три типа которых {А, В, С)
...
Рис. 1.8. Кристаллическая структура типа Fe,AI с упорядоченной решеткой
...
Рис. 1.9. Три типа плоскостей наиболее плотной упаковки в мартенсите с периодической слоистой структурой, образующемся из исходной /3
...
Рис. 1.10. Шесть типов слоев наиболее плотной упаковки в мартенсите с периодической слоистой структурой, образующейся из исходной 0,-фазы типа Fe3A!
...
ность укладки слоев. В связи с этим можно отметить, что обозначения Жданова хорошо вырежают различие последовательности укладки.
...
Мартенсит со структурой ЗЯ или 9 Я, состоящий из трех плотноупа-кованных плоскостей А, В и С, образуется в j3
...
Рис. 1.9. Три типа плоскостей наиболее плотной упаковки в мартенсите с периодической слоистой структурой, образующемся из исходной
...
скости базиса смещено соответственно на 1/3 и 2/3 межатомного расстояния в направлении [?10] исходной фазы, т.е. в направлении [100] мартенситной фазы. В результате этого расстояние между 9 слоями в структуре 9 Я или расстояние между 18 слоями в структуре 18 Я можно принять за длину элементарной ячейки по оси с, причем ось с расположена перпендикулярно базисной плоскости, поэтому длиннопериодическая слоистая структура в общем может рассматриваться как ромбическая решетка.
...
Рис. 1.11. Периодические слоистые структуры с разной укладкой слоев. Плоскости слоев, обозначенные штриховой линией, соответствуют упорядоченной по типу Fe3AI решетке исходной фазы
...
Следует отметить далее, что радиусы атомов двух элементов, образующих упорядоченную решетку, в общем различаются, поэтому плот-ноупакованные плоскости в длиннопериодических слоистых структурах незначительно смещены от положения строго плотноупакованных структур. Следовательно, расположение атомов в плотноупакованных плоскостях не точно соответствует шестиугольнику. В связи с этим первый и второй слой, как показано на рис. 1.12, накладываются в положениях, отличающихся от положений, смещенных на 1/3 и 2/3 межатомного расстояния от плоскости базиса.
...
скости базиса смещено соответственно на 1/3 и 2/3 межатомного расстояния в направлении [?10] исходной фазы, т.е. в направлении [100] мартенситной фазы. В результате этого расстояние между 9 слоями в структуре 9 Я или расстояние между 18 слоями в структуре 18 Я можно принять за длину элементарной ячейки по оси с, причем ось с расположена перпендикулярно базисной плоскости, поэтому длиннопериодическая слоистая структура в общем может рассматриваться как ромбическая решетка.
...
этого плоскость С в этой структуре не является строго перпендикулярной относительно плоскости базиса и решетка сплава становится моноклинной с небольшим наклоном осей. Таким образом, в сплавах с |3
...
В разд. 1.1 уже указано, что при мартенситном превращении возникают деформация формы (или поверхностный рельеф) постоянной величины и деформация сдвига вдоль плоскости габитуса (имеющая компоненту и в направлении, перпендикулярном плоскости габитуса, поэтому, строго говоря, эта деформация является псевдосдвиговой деформацией). Плоскость габитуса в течение всего процесса превращения не деформируется и не вращается, поэтому деформация формы является деформацией с инвариантной плоскостью.
...
Деформация с инвариантной плоскостью макроскопически является однородной деформацией, так как в исходной и мартенситной фазах плоскости и направления сохраняются. Поэтому указанную деформацию можно математически описать путем линейного преобразования координат. Таким образом, в матричной форме деформацию с инвариантной
...
этого плоскость С в этой структуре не является строго перпендикулярной относительно плоскости базиса и решетка сплава становится моноклинной с небольшим наклоном осей. Таким образом, в сплавах с
...
габитусной плоскости определяют двухплоскостным методом. Если определить величину поверхностного рельефа и направления сдвига, то можно установить указанные выше температуры. Векслер, Либерман и Рид, Боулз и Макензи, применяя независимо разработанные феноменологические теории, определили эти параметры путем расчетов. Ниже описаны основные аспекты их работ, более подробно рассмотренные в литературе [1, 7].
...
Деформация решетки. Примером г.ц.к. — о.ц.к. превращения является превращение в сплавах на основе Fe, считая, что изменение решетки зависит от однородной деформации, известной как деформация Бейна. В двух элементарных ячейках г.ц.к. решетки можно выделить о.ц.т. решетку с соотношением с/а = \/2 (рис. 1.14,а). Ячейка о.ц.т. решетки сжата в направлении оси г приблизительно на 20 %, а в направлении осей х и у растянута приблизительно на 12%, поэтому считают, что превращение решетки исходной фазы в о.ц.т. решетку мартенсита связано с указанной деформацией.
...
Сфера единичного радиусах (рис. 1.14,6) представляет г.ц.к. решетку перед деформацией Бейна, эллипсоид вращения е — о.ц.к. решетку
...
Рис. 1.14. Схема феноменологической модели деформации с инвариантной решеткой и деформации Бейна при г.ц.к. — о.ц.к. превращений. Индексы А
...
Рис. 1.13. Деформация формы при образовании одного кристалла мартенсита:
...
после деформации. Точки А', В', С' и £>' находятся на окружностях, образовавшихся при пересечении сферы и эллипсоида, отрезки OA', ОВ, ОС' и OD характеризуют положение векторов неизменной длины после деформации, а отрезки OA, ОВ, ОС и OD характеризуют положение этих векторов перед деформацией. Эти векторы образуют в трехмерном пространстве конусы, причем длина векторов, находящихся внутри конусов АОВ и COD, уменьшается в результате деформации Бейна, а длина векторов, находящихся вне указанных конусов, — увеличивается. Даже вдоль оси х,
...
Деформация с инвариантной решеткой. На рис. 1.14, в показана схема деформации скольжением или двойникованием, причем /С, — плоскость сдвига, d — направление сдвига. В результате деформации с инвариантной решеткой векторы из плоскости АК2В переходят в плоскость АК'2В. Эти векторы вращаются, однако длина их останется неизменной. Длина векторов, направленных от линии АОВ влево от плоскости АК2В,
...
Жесткое вращение. При описанных выше двух видах деформации могут существовать плоскости, не претерпевающие деформации, эти плоскости только поворачиваются от исходного положения на угол </>. Чтобы указанные плоскости оставались инвариантными плоскостями при возвращении их в исходное положение, необходимо жесткое вращение.
...
Матричное представление феноменологической теории. Для того чтобы при превращении г.ц.к. — о.ц.к. существовала инвариантная плоскость, не претерпевающая деформации и вращения, необходимы три описанные деформации. Поэтому при анализе превращения наряду с деформацией формы (поверхностным рельефом), возникающей на поверхности исходной фазы, необходимо учитывать все эти деформации. Если обозначить матрицы, выражающие деформацию Бейна, деформацию с инвариантной решеткой^ и жесткое вращение соответственно В,
...
после деформации. Точки А', В', С' и £>' находятся на окружностях, образовавшихся при пересечении сферы и эллипсоида, отрезки OA', ОВ, ОС' и OD характеризуют положение векторов неизменной длины после деформации, а отрезки OA, ОВ, ОС и OD характеризуют положение этих векторов перед деформацией. Эти векторы образуют в трехмерном пространстве конусы, причем длина векторов, находящихся внутри конусов АОВ и COD, уменьшается в результате деформации Бейна, а длина векторов, находящихся вне указанных конусов, — увеличивается. Даже вдоль оси
...
Изменение формы при термоупругом мартенситном превращении в сплавах с эффектом памяти формы характеризуется чрезвычайно малым изменением объема (см. табл. 1.1), поэтому указанное изменение близко к деформации путем чистого сдвига. В результате в окружающей исходной фазе не происходит пластическая деформация, что и обусловливает термоупругое поведение сплавов. В отличие от этого при мартенситном превращении в сплавах на основе железа объемные изменения очень велики (около 4 %). Это вызывает пластическую деформацию в окружающей исходной фазе, поэтому превращение является не-термоупругим.
...
Рис. 1.13 иллюстрирует деформацию формы при образовании монодомена мартенсита в монокристалле исходной фазы. Эта деформация формы, сопровождающая мартенситное превращение, выражается и в изменении формы исходной фазы. Хотя рассматривается монокристалл исходной фазы и исключается превращение с одной поверхностью раздела [8] (например, при охлаждении с одного торца образца), можно отметить, что в различных областях образца имеются эквивалентные кристаллографические условия. При превращении может образоваться большое число кристаллов мартенсита с различными индексами габитус-ных плоскостей (такие кристаллы называют кристаллографическими вариантами). Поэтому в действительности изменения формы исходной фазы, подобного показанному на рис. 1.13, не происходит. В том случае, если исходные образцы находятся в поликристаллическом состоянии и если даже в каждом кристаллите образуется монодомен мартенсита, то из-за эффекта стеснения со стороны окружающих зерен не происходит изменения формы исходной фазы, подобного показанному на рис. 1.13. Естественно, и в поликристаллическом образце исходной фазы кристаллы мартенсита с различными кристаллографическими ориентировками образуются в различных местах в пределах одного кристаллита. Ниже рассмотрены способы образования разных вариантов кристаллов мартенсита и описано изменение формы исходной фазы, происходящее при образовании указанных кристаллов.
...
Изменение формы при термоупругом мартенситном превращении в сплавах с эффектом памяти формы характеризуется чрезвычайно малым изменением объема (см. табл. 1.1), поэтому указанное изменение близко к деформации путем чистого сдвига. В результате в окружающей исходной фазе не происходит пластическая деформация, что и обусловливает термоупругое поведение сплавов. В отличие от этого при мартенситном превращении в сплавах на основе железа объемные изменения очень велики (около 4 %). Это вызывает пластическую деформацию в окружающей исходной фазе, поэтому превращение является не-термоупругим.
...
лить и экспериментально с помощью электронного микроскопа), то можно определить и матрицу
...
сдвига в направлении [011] вдоль плоскости (011)оо . На рис. 15, а показана укладка плоскостей (011), рассматриваемая 2 направлении [100] решетки исходной фазы типа D03, а на рис. 15, б — укладка плоскостей (001), рассматриваемая в направлении [010] решетки (З'-мар-тенсита типа 18/?. Расположение атомов в плоскостях слоев А. В,
...
Это означает, что между другими векторами в решетках исходной и мартенситной фаз имеется соответствие решеток, характеризуемое соотношением
...
В исходной фазе имеются шесть плоскостей {Oil}, кроме того, в каждой плоскости существуют два направления сдвига «011>и <011», поэтому имеется 12 типов кристаллографически эквивалентных соответствий решеток (табл. 1.2) [9]. В таблице приведены две одинаковые цифры, одна из которых обозначена штрихом. Это означает, что кристаллографические варианты кристаллов мартенсита образуются в направлении сдвига и в противоположном направлении.
...
Рис. 1.15. Соответствие решеток при превращении D03 -» 18Я в сплавах Си — Al — Ni и кристаллографические соотношения между исходной и мартенситной фазами
...
сдвига в направлении [011] вдоль плоскости (011)оо . На рис. 15, а показана укладка плоскостей (011), рассматриваемая 2 направлении [100] решетки исходной фазы типа D03, а на рис. 15, б — укладка плоскостей (001), рассматриваемая в направлении [010] решетки (З'-мар-тенсита типа 18/?. Расположение атомов в плоскостях слоев А. В,
...
сдвига в направлении [011] вдоль плоскости (011)_оо . На рис. 15, а показана укладка плоскостей (011), рассматриваемая 2 направлении [100] решетки исходной фазы типа D0₃, а на рис. 15, б — укладка плоскостей (001), рассматриваемая в направлении [010] решетки (З'-мар-тенсита типа 18/?. Расположение атомов в плоскостях слоев А.
...
Таблица 1.2. Тип кристаллографически эквивалентного соответствия рашеток при превращении 003 -И8Я
...
Рис. 1.16. Положение габитусных плоскостей 24-х вариантов кристаллов мартенсита на стереографической проекции, определенное с помощью расчета на основе феноменологической теории
...
Если к образцу, находящемуся в описанном состоянии, приложить внешние силы, то кристаллы мартенсита 24-х вариантов, имеющие специфические ориентировки, растут совместно. Поэтому внешняя форма образца изменяется в соответствии с внешними силами. Однако если затем нагреть образец до температуры выше точки Af,
...
Рис. 1.17. Образование рашетки типа алмаза в результате самоаккомодации 4 доменов мартенсита из числа 24-х вариантов кристаллов мартенсита со структурой 18Д
...
Рис. 1.16. Положение габитусных плоскостей 24-х вариантов кристаллов мартенсита на стереографической проекции, определенное с помощью расчета на основе феноменологической теории
...
Рис. 1.16. Положение габитусных плоскостей 24-х вариантов кристаллов мартенсита на стереографической проекции, определенное с помощью расчета на основе феноменологической теории
...
Как уже указано, мартенситное превращение в макроскопическом масштабе происходит в результате псевдосдвиговой деформации кристаллов исходной фазы. Поэтому в обычных металлах и сплавах под воздействием напряжений превращение происходит по одному из двух равновозможных механизмов деформации — деформации скольжением или деформации двойникованием. Однако при мартенситном превращении возможно обратное превращение, что является особенностью, которой нет при деформации скольжением или двойникованием. Поэтому деформационное поведение сплавов, в которых происходит мартенситное превращение, существенно отличается от деформационного поведения обычных металлов и сплавов.
...
На рис. 1.18 показаны [10] кривые напряжение — деформация, полученные при растяжении при различных температурах монокристаллических образцов сплава, % (по массе): Си — 34,7Zn — 3,0Sn, в котором происходит термоупругое мартенситное превращение. Характерным является то, что форма кривых напряжение — деформация значительно различается в зависимости от соотношения между характеристическими температурами превращения сплава (Ms,
...
описанным в следующем разделе, называют псевдоупругостью превращения. В следующем разделе псевдоупругость превращения рассматривается подробно, поэтому в данном разделе главным образом рассматривают деформационное поведение образцов при 7"< Af.
...
Это явление впервые наблюдали в начале 50-х гг. на сплаве Au—Cd, затем на сплаве In—TI, а в 1963 г. — на сплаве Ti—Ni. Однако до 1970 г. считали, что рассматриваемое явление присуще только для указанных сплавов и является для них характерным. В 1970 г. аналогичное явление наблюдали на сплаве Си—Al—Ni. Стало ясно, что это общее свойство сплавов, в которых происходит термоупругое мартенситное превращение. Большое число сплавов, в которых к настоящему времени наблюдался эффект памяти формы, приведено в табл. 1.1. Исследования явления продолжаются.
...
Некоторые из указанных сплавов применяются практически в качестве новых материалов с особыми свойствами, осуществляются настойчивые исследования и разработка способов применения сплавов. Это связано по различным причинам, главным образом, со сплавами с эффектом памяти формы на основе TiNi и на основе меди. Различные технические и научные проблемы, которые должны быть преодолены для практического внедрения сплавов с эффектом памяти формы, подробно рассмотрены в гл. 2.
...
Восстановление формы, обусловленное эффектом памяти формы, завершается при нагреве выше Af.
...
Первое условие связано с особенностями термоупругого мартенсит-ного превращения. Эффект памяти формы наблюдается в полной форме только в тех сплавах, в которых, как показано в табл. 1.1, мартенситное превращение имеет термоупругий характер. Из данных, приведенных в этой таблице, следует, что если ограничиться сплавами, в которых происходит превращение г.ц.к. — г.ц.т., то можно отметить, что эти сплавы имеют упорядоченную решетку. Таким образом, те'рмоупругое
...
описанным в следующем разделе, называют псевдоупругостью превращения. В следующем разделе псевдоупругость превращения рассматривается подробно, поэтому в данном разделе главным образом рассматривают деформационное поведение образцов при 7"< Af.
...
описанным в следующем разделе, называют псевдоупругостью превращения. В следующем разделе псевдоупругость превращения рассматривается подробно, поэтому в данном разделе главным образом рассматривают деформационное поведение образцов при 7"<
...
мартенситное превращение происходит в сплавах с упорядоченной решеткой, так как кристаллографическая обратимость превращения тесно связана с упорядоченной решеткой. Этот вопрос рассматривается ниже.
...
Второе условие естественно, так как скольжение является необратимым процессом. Следовательно, если в кристаллах происходит скольжение, то даже при нагреве деформация не устраняется. Возникает вопрос, в результате какого механизма происходит деформация, которая может быть восстановлена? Именно это нужно для объяснения эффекта памяти формы. Если температура испытаний T>Mf,
...
Превращение, вызванное напряжениями, подробно рассматривается в следующем разделе, поэтому здесь мы описываем поведение сплавов при T*iMf,
...
В последующих главах объектом рассмотрения являются сплавы, в полной степени проявляющие эффект запоминания формы (см. табл. 1.1). Среди них - типичные сплавы с 0
...
Если охладить монокристаллические образцы, находящиеся в состоянии исходной фазы, ниже Mf,
...
мартенситное превращение происходит в сплавах с упорядоченной решеткой, так как кристаллографическая обратимость превращения тесно связана с упорядоченной решеткой. Этот вопрос рассматривается ниже.
...
Как уже показано в табл. 1.2, при превращении £?03 -И8Я в целом имеются эквивалентные ориентационные соотношения решеток 12 типов. Кристаллы мартенсита, имеющие указанное ориентационное соотношение решеток, называют двойниковыми доменами.
...
Таким образом, механизмы деформации при мартенситном превращении ниже некоторой температуры Mf различаются в зависимости от того, связана ли деформация с инвариантной решеткой с двойниковыми дефектами ипи с дефектами упаковки. Действительно, в сплавах Си—Al—Ni с у[
...
Следовательно, основным механизмом деформации сплавов с эффектом памяти формы, находящихся полностью в мартенситном состоянии, независимо от типа внутренних дефектов является деформация двойникованием. Деформация, которая может быть восстановлена в результате действия эффекта памяти формы, обусловлена взаимодействием между двойниковыми доменами.
...
Таким образом, если к образцу, состоящему из нескольких самоаккомодирующихся групп кристаллов мартенсита с характеристической плоскостью габитуса, приложить напряжения при температуре ниже Mf,
...
Если к образцу приложено напряжение растяжения, то двойниковые домены, обозначенные символом 1', получают максимальное удлинение. Следовательно, под действием напряжений растяжения происходит преимущественный рост доменов 1', а также превращения 2->1', 5->1' и 6 ->1'. В конце концов образец становится состоящим из монодомена 1'.
...
Как уже показано в табл. 1.2, при превращении £?03 -И8Я в целом имеются эквивалентные ориентационные соотношения решеток 12 типов. Кристаллы мартенсита, имеющие указанное ориентационное соотношение решеток, называют двойниковыми доменами.
...
Таким образом, механизмы деформации при мартенситном превращении ниже некоторой температуры Mf различаются в зависимости от того, связана ли деформация с инвариантной решеткой с двойниковыми дефектами ипи с дефектами упаковки. Действительно, в сплавах Си—Al—Ni с у[
...
Как уже показано в табл. 1.2, при превращении £?0₃ -И8Я в целом имеются эквивалентные ориентационные соотношения решеток 12 типов. Кристаллы мартенсита, имеющие указанное ориентационное соотношение решеток, называют двойниковыми доменами.
...
Таблица 1.3. Система двойникования в мартенсите с разными кристаллическими структурами [11]
...
На рис. 1.19 показаны результаты наблюдения [9] структуры сплава Cu67>i Zn2o,4 Gai 2,s*- На этом рисунке границы доменов j' и 2, 1' и 5 являются плоскостями двойникования (1, О, Ю)18Д и (128) 18Д соответственно, что определено по результатам следового анализа. Как следует из табл. 1.3, любое двойникование в сплаве является двойникова-нием первого рода (Кх
...
Для доменов других групп или групп, иначе расположенных относительно направления растяжения, происходит более сложный процесс превращения. Однако и в этом случае процесс по существу можно объяснить с помощью деформации двойникованием в одной простой или более сложной системе двойникования. Процессы деформации мартенсита (за исключением 0
...
Как описано ранее, под действием напряжений, приложенных к образцу, состоящему из кристаллов мартенсита 24 вариантов ориентировок с характеристической плоскостью габитуса, происходит поглощение одних двойниковых доменов другими, т.е. развивается деформация двойникованием. Образец деформируется до тех пор, пока не возникает двойниковый монодомен, соответствующий наибольшей степени деформации. Если в процессе деформирования приостановить нагружение, то, естественно, образец оказывается состоящим из большого числа двойниковых доменов. Если нагреть такой образец выше Af,
...
Подобно тому, как из исходной фазы с определенной ориентировкой образуются кристаллы мартенсита 24-х вариантов, так и из мартенсита с одной ориентировкой могло бы образоваться большое число кристаллов исходной фазы с разными ориентировками. Однако в сплавах с эффектом памяти формы, т.е. в тех сплавах, в которых происходит термоупругое мартенситное превращение, такое явление не наблюдается.
...
На рис. 1.19 показаны результаты наблюдения [9] структуры сплава Cu_67>i Zn₂o,4 Gai 2,s*- На этом рисунке границы доменов j' и 2, 1' и 5 являются плоскостями двойникования (1, О, Ю)_18Д и (128) _18Д соответственно, что определено по результатам следового анализа. Как следует из табл. 1.3, любое двойникование в сплаве является двойникова-нием первого рода
...
Выше уже указано, что кристаллографическая обратимость превращения является характерной особенностью термоупругого превращения, которое часто происходит в сплавах с упорядоченной решеткой (см. табл. 1. Особое внимание следует обратить на то, что мартенситное превращение в сплавах Fe3Pt в неупорядоченном состоянии является нетермоупругим превращением, как и в других сплавах на основе железа, а в состоянии с достаточной степенью порядка становится термоупругим. В связи с этим термоупругое превращение можно назвать характерной особенностью мартенситных превращений в сплавах с упорядоченной решеткой, благодаря образованию которой автоматически обеспечивается кристаллографическая обратимость.
...
На рис. 1.20 в качестве примера [12] схематично показаны кристаллографические соотношения при прямом и обратном превращениях исходной фазы типа В2
...
В общем кристаллическая структура мартенсита характеризуется более низкой симметрией по сравнению со структурой исходной фазы. В связи с этим возможность возникновения соответствия кристаллических решеток двух фаз ограничена. Если пренебречь упорядоченным расположением атомов на рис. 1.20, то можно выделить только три эквивалентных соответствия решеток, обозначенные на рис. 1.20, а как А, В и С.
...
Рис. 1.20. Кристаллографические соотношения при прямом и обратном превращениях исходной фазы типа В2
...
Выше уже указано, что кристаллографическая обратимость превращения является характерной особенностью термоупругого превращения, которое часто происходит в сплавах с упорядоченной решеткой (см. табл. 1. Особое внимание следует обратить на то, что мартенситное превращение в сплавах Fe3Pt в неупорядоченном состоянии является нетермоупругим превращением, как и в других сплавах на основе железа, а в состоянии с достаточной степенью порядка становится термоупругим. В связи с этим термоупругое превращение можно назвать характерной особенностью мартенситных превращений в сплавах с упорядоченной решеткой, благодаря образованию которой автоматически обеспечивается кристаллографическая обратимость.
...
На рис. 1.20 в качестве примера [12] схематично показаны кристаллографические соотношения при прямом и обратном превращениях исходной фазы типа В2
...
Выше уже указано, что кристаллографическая обратимость превращения является характерной особенностью термоупругого превращения, которое часто происходит в сплавах с упорядоченной решеткой (см. табл. 1. Особое внимание следует обратить на то, что мартенситное превращение в сплавах Fe₃Pt в неупорядоченном состоянии является нетермоупругим превращением, как и в других сплавах на основе железа, а в состоянии с достаточной степенью порядка становится термоупругим. В связи с этим термоупругое превращение можно назвать характерной особенностью мартенситных превращений в сплавах с упорядоченной решеткой, благодаря образованию которой автоматически обеспечивается кристаллографическая обратимость.
...
Наконец, следует отметить, что кристаллографическая ориентировка исходной фазы сохраняется автоматически из-за наличия упорядоченной решетки. В таких сплавах, как In—TI, несмотря на то что они являются сплавами с неупорядоченной решеткой, превращение г.ц.к. — г.ц.т. является кристаллографически обратимым, ориентационное соотношение решеток двух фаз простое, к тому же деформация решетки при превращении очень мала, поэтому при обратном превращении закономерно возникают области исходной фазы с определенной ориентировкой. Таким образом, исходная фаза образуется с ориентировкой, заданной кристаллографическими особенностями обратного превращения, поэтому в тех сплавах, в которых происходит термоупругое превращение, эффект памяти формы наблюдается в полной мере.
...
Из вышеуказанного следует, что вследствие эффекта памяти формы запоминается форма образца только в состоянии исходной фазы. Однако в результате нагрева в стесненном положении после сильной деформации образца, находящегося в мартенситном состоянии, также может в некоторой степени проявляться эффакт памяти формы. Это явление называют двухсторонним эффектом памяти формы в том смысле, что запоминается форма образца в состоянии обеих фаэ. В отличие от этого до сих пор рассматривался односторонний эффект памяти формы. В последующих главах мы рассмотрим всесторонний эффект памяти формы, обнаруженный в последнее время. Механизм этого эффекта связан с механизмом двухстороннего эффекта памяти формы.
...
Образец в целом деформируется до образования монодомена мартенсита. Если затем приложить еще более высокое напряжение, то в образце происходит скольжение или, как описано в следующем разделе, происходит превращение в мартенсит, имеющий особую кристаллическую структуру. Однако возврата деформации, обусловленной скольжением, не происходит даже при нагреве, а деформация, обусловленная превращением мартенсита в мартенсит с особой кристаллической структурой, устраняется при снятии нагрузки. Следовательно, эти виды деформации не играют роли в эффекте памяти формы, поэтому максимальная величина возврата деформации при нагреве определяется величиной деформации решетки в двойниковом монодомене, сохраняющем-
...
Наконец, следует отметить, что кристаллографическая ориентировка исходной фазы сохраняется автоматически из-за наличия упорядоченной решетки. В таких сплавах, как In—TI, несмотря на то что они являются сплавами с неупорядоченной решеткой, превращение г.ц.к. — г.ц.т. является кристаллографически обратимым, ориентационное соотношение решеток двух фаз простое, к тому же деформация решетки при превращении очень мала, поэтому при обратном превращении закономерно возникают области исходной фазы с определенной ориентировкой. Таким образом, исходная фаза образуется с ориентировкой, заданной кристаллографическими особенностями обратного превращения, поэтому в тех сплавах, в которых происходит термоупругое превращение, эффект памяти формы наблюдается в полной мере.
...
ной фазы типа 62. Если обратное превращение происходит путем перестройки
...
ся в образце. Эта деформация решетки в сплавах на основе железа является не чем иным, как хорошо известной деформацией Бейна. Ниже авторы описывают зависимость возврата деформации от ориентировки, рассматривая в качестве примера деформацию решетки при превращении D03 (или В2)
...
Деформация решетки при превращении D03 (62) -М8Я (9Я) состоит (см. рис. 1.15) из растяжения в исходной фазе в направлениях, соответствующих направлению [100] м мартенсита и направлению, перпендикулярному плоскости базиса, сжатия в исходной фазе в направлении, соответствующем направлению [010]^ мартенсита, а также сдвиговой деформации в плоскости, параллельной базисной плоскости мартенсита. Следовательно, если деформацию решетки в целом представить в виде матрицы F,
...
ся в образце. Эта деформация решетки в сплавах на основе железа является не чем иным, как хорошо известной деформацией Бейна. Ниже авторы описывают зависимость возврата деформации от ориентировки, рассматривая в качестве примера деформацию решетки при превращении D0₃ (или
...
Таблица 1.4. Зависимость максимальных величин возврата деформации в различных сплавах с эффектом памяти формы от ориентировки [11]
...
Рис. 1.21. Стереографическое представление деформации решетки при превращении 0, —
...
На рис. 1.18 в предыдущем разделе показано, что кривая напряжение — деформация, получаемая в том случае, когда температура испытания T>Afl
...
На рис. 1.22, А показаны полученные с помощью светового микроскопа фотографии микроструктур, соответствующие разным точкам петлеобразной кривой напряжение — деформация. Эти микрофотографии показывают [13], что указанная петля непосредственно связана с мартенситным превращением, вызванным напряжениями, и с обрат-Рис. 1.22. Псевдоупругое поведение при
...
1.5. МАРТЕНСИТНОЕ ПРЕВРАЩЕНИЕ, ВЫЗВАННОЕ НАПРЯЖЕНИЯМИ, И ПСЕВДОУПРУГОСТЬ
...
ным превращением. Для исследования использовали монокристаллические образцы сплава, % (по массе): Си — 14,1 Al — 4,2Ni. Буквы на кривых напряжение — деформация соответствуют обозначениям микроструктур (рис. 1.22,5).
...
Деформация до точки б кривой напряжение — деформация обусловлена упругой деформацией исходной фазы. В образцах, соответствующих точке б,
...
Как описано в предыдущем разделе, эффект памяти формы характеризуется тем, что в образцах, деформированных при температуре ниже As, деформация полностью исчезает при нагреве выше Af,
...
ным превращением. Для исследования использовали монокристаллические образцы сплава, % (по массе): Си — 14,1 Al — 4,2Ni. Буквы на кривых напряжение — деформация соответствуют обозначениям микроструктур (рис. 1.22,5).
...
условия, вызывающие обратное превращение. Действительно, почти все сплавы с эффектом памяти формы характеризуются и эффектом псевдоупругости превращения. Следовательно, полное восстановление формы при псевдоупругости превращения обусловлено кристаллографической обратимостью превращения, так же как и при эффекте памяти формы.
...
На рис. 1.23 схематично показана [14] область напряжений и температур, в которой наблюдаются оба эффекта и показано соотношение с критическим напряжением сдвига тс. Линейное соотношение между напряжением, необходимым для того, чтобы вызвать образование мартенсита, и температурой обсуждается в следующем разделе. Из приведенной на рисунке схемы ясно, что если критическое напряжение сдвига повышается до величины И), то эффект псевдоупругости превращения наблюдается в области напряжений и температур, обозначенной косой штриховкой. Если критическое напряжение сдвига понижается до величины (б), то указанный эффакт не наблюдается. Это соотношение можно рассматривать как количественный анализ явления.
...
Как видно из рис. 1.18 и 1.22, в том случае, если температура высока по сравнению с точкой Ms,
...
Как уже описано, образование одного кристалла мартенсита с характеристической плоскостью габитуса сопровождается постоянной деформацией формы. Следовательно, работа внешних сил, если мартенситное превращение происходит под действием этих сил, равна:
...
где г и а — параллельная плоскости габитуса и перпендикулярная этой плоскости компоненты напряжения. Если Дб* положительна, то внешние силы действуют в таком направлении, что содействуют превращению; если AGS
...
условия, вызывающие обратное превращение. Действительно, почти все сплавы с эффектом памяти формы характеризуются и эффектом псевдоупругости превращения. Следовательно, полное восстановление формы при псевдоупругости превращения обусловлено кристаллографической обратимостью превращения, так же как и при эффекте памяти формы.
...
На рис. 1.23 схематично показана [14] область напряжений и температур, в которой наблюдаются оба эффекта и показано соотношение с критическим напряжением сдвига тс. Линейное соотношение между напряжением, необходимым для того, чтобы вызвать образование мартенсита, и температурой обсуждается в следующем разделе. Из приведенной на рисунке схемы ясно, что если критическое напряжение сдвига повышается до величины И), то эффект псевдоупругости превращения наблюдается в области напряжений и температур, обозначенной косой штриховкой. Если критическое напряжение сдвига понижается до величины (б), то указанный эффакт не наблюдается. Это соотношение можно рассматривать как количественный анализ явления.
...
условия, вызывающие обратное превращение. Действительно, почти все сплавы с эффектом памяти формы характеризуются и эффектом псевдоупругости превращения. Следовательно, полное восстановление формы при псевдоупругости превращения обусловлено кристаллографической обратимостью превращения, так же как и при эффекте памяти формы.
...
превращению, то нормальная компонента напряжений действует по-разному в зависимости от знака приложенных напряжений и знака объемных изменений.
...
Учитывая величину приложенных напряжений и ориентировку плоскости габитуса, ур. (1.37) можно представить для случая одноосного растяжения или одноосного сжатия в виде
...
где ад — приложенное напряжение, ф — угол между осью образца и нормалью к плоскости габитуса. Положительный или отрицательный знак выражения в скобках в правой части зависит от того, являются ли приложенные напряжения напряжениями растяжения или напряжениями сжатия. Уравнение (1.38) выражает наибольший вклад напряжений сдвига при данной ориентировке образца и плоскости габитуса в величину AGS.
...
превращению, то нормальная компонента напряжений действует по-разному в зависимости от знака приложенных напряжений и знака объемных изменений.
...

Новые процессы получения металла (металлургия железа)
Суперсплавы II: Жаропрочные материалы для аэрокосмических и промышленных энергоустановок. Книга 1
Суперсплавы II: Жаропрочные материалы для аэрокосмических и промышленных энергоустановок. Книга 2
Сплавы с эффектом памяти формы
Справочник молодого термиста
Сварка, пайка, склейка и резка металлов и пластмасс. 3-е изд.: Справ. изд.
Сварка в машиностроении: Справочник в 4-х т. Т. 4

"Сварка-ЛИБ" - Техническая библиотека сварщика | Сварка, термообработка, материалы, металлы и сплавы

admin

Сплавы с эффектом памяти формы