In [001] single crystals of FeNiCoAlTi alloy, it is shown that precipitation of particles of the ordered γ'-phase in the course of aging at T=873 K for 4 h and T=973 K for 5, 7 h results in the development of superelasticity. It is experimentally found that variation of size of γ'-phase dispersed particles allows controlling mechanical and functional properties

Лямкин, С. Э.

Поклонов, В. В.

Electronic archive of Tomsk Polytechnic University

XIV МЕЖДУНАРОДНАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ СТУДЕНТОВ, АСПИРАНТОВ И МОЛОДЫХ УЧЕНЫХ «ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ НАУК» 285  Россия, Томск, 25-28 апреля 2017 г. Том 1. Физика  ВЛИЯНИЕ РАЗМЕРА ДИСПЕРСНЫХ ЧАСТИЦ γ'-ФАЗЫ НА СВЕРХЭЛАСТИЧНОСТЬ В МОНОКРИСТАЛЛАХ СПЛАВА FeNiCoAlTi В.В. Поклонов, С.Э. Лямкин Научный руководитель: профессор, д.ф.-м.н. Ю.И. Чумляков, гл.н.с., д.ф.-м.н. И.В. Киреева Национальный исследовательский Томский государственный университет, Россия, г.Томск, пр. Ленина, 36, 634050 E-mail: poklonov_vyacheslav@mail.ru  THE EFFECT OF SIZE OF γ' PHASE DISPERSED PARTICLES ON SUPERELASTICITY IN FeNiCoAlTi SINGLE CRYSTALS V.V. Poklonov, S.E. Lyamkin Scientific Supervisors: professor, Dr. Yu.I. Chumlaykov, chief researcher, Dr. I.V. Kireeva,  National Research Tomsk State University, Russia, Tomsk, Lenin str., 36, 634050 E-mail: poklonov_vyacheslav@mail.ru  Abstract. In [001] single crystals of FeNiCoAlTi alloy, it is shown that precipitation of particles of the ordered γ'-phase in the course of aging at T=873 K for 4 h and T=973 K for 5, 7 h results in the development of superelasticity. It is experimentally found that variation of size of γ'-phase dispersed particles allows controlling mechanical and functional properties.  Введение.  Авторами работ [1–3] показано, что в неупорядоченных сплавах на основе железа FeNiCoTi условия для термоупругих мартенситных превращений (МП) создаются за счет выделения наноразмерных упорядоченных частиц, которые сами не испытывают МП. Известно, что с помощью вариации размера и объемной доли дисперсных частиц γʹ-фазы можно изменять не только тип структуры мартенсита, но и уровень напряжений пластического течения аустенитной фазы, температуры МП и температурный интервал сверхэластичности (СЭ) [1–3]. Целью настоящей работы является исследование влияния размера дисперсных частиц γʹ-фазы на развитие термоупругого γ–αʹ-МП под нагрузкой и СЭ в [001]-монокристаллах сплава на основе железа Fe–28%Ni–17%Co–11,5%Al–2,5%Ti (ат.%). Материалы и методы исследования.  Монокристаллы сплава Fe–28%Ni–17%Co–11,5%Al–2,5%Ti (ат.%) выращивали в среде инертного газа методом Бриджмена. Ориентацию кристаллов определяли на дифрактометре ДРОН-3. Образцы для растяжения вдоль [001]-направления вырезали на электроискровом станке. Выбор ориентации [001] обусловлен максимальным теоретическим значением величины деформации решетки ε0=8,7% при деформации растяжением [1]. Гомогенизацию образцов проводили в атмосфере инертного газа He при температуре 1550 К, 20 часов. После закалки от 1550 К, 1 час в воду монокристаллы при комнатной температуре находились в однофазном состоянии. Для выделения наноразмерных частиц γ'-фазы проводили старение в атмосфере инертного газа He при температурах 873 К, 4 часа (кристаллы A), а также при температуре 973 К, 5 часов (кристаллы B) и 7 часов (кристаллы C). В кристаллах A размер частиц <5 нм, в кристаллах B 7,5–9,5 нм, а в кристаллах C частицы имеют размер 10–14 нм. Механические свойства исследовали на испытательной машинах типа «Поляни» и Instron 5969 при скорости деформации &ε =4⋅10–4 с–1 в интервале температур от 77 до 525 К. XIV МЕЖДУНАРОДНАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ СТУДЕНТОВ, АСПИРАНТОВ И МОЛОДЫХ УЧЕНЫХ «ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ НАУК» 286  Россия, Томск, 25-28 апреля 2017 г. Том 1. Физика  Результаты.  На рис.1 представлены результаты исследования температурной зависимости критических напряжений при деформации растяжением. Видно, что в однофазном состоянии кривая σ0.1(Т) имеет характерную для ГЦК-сплавов, не испытывающих МП, температурную зависимость – с увеличением температуры испытания σ0.1 уменьшаются. При старении наблюдается изменение температурной зависимости σ0.1(Т) и температурная зависимость имеет вид, который наблюдается в сплавах, испытывающих МП под нагрузкой. На кривых σ0.1(Т) в температурном интервале Т=77–525 К наблюдаются две стадии. На первой стадии при 77 К<T<Md (Md – температура, при которой напряжения образования мартенсита под нагрузкой равны напряжениям течения высокотемпературной фазы и соответствует максимальному значению σ) происходит линейное увеличение σ0.1 с ростом температуры испытания, которое описывается соотношением Клапейрона – Клаузиуса:   0,10 0d HdT Tσ ∆= −ε  (1) Здесь ∆Н – изменение энтальпии при γ–α'-МП; ε0 – деформация превращения; T0 – температура химического равновесия фаз. При Т>Md наблюдается вторая стадия, связанная с деформацией высокотемпературной фазы, на которой напряжения σ0,1 падают с ростом температуры и данная зависимость характерна для материалов с ГЦК решеткой при деформации скольжением, и данных кристаллов в однофазном состоянии. Анализ температурной зависимости критических напряжений показал, что изменение размера дисперсных частиц γʹ-фазы влияет, во-первых, на величину α=dσ0,1/dT: в кристаллах А α1=3,5 МПа/К, в кристаллах B α2=2,25 МПа/К, в кристаллах C α3=2,3 МПа/К. Во-вторых, Md, уровень напряжений σ0,1(Md) и температура начала прямого МП MS зависят от времени старения. С увеличением размера дисперсных частиц γʹ-фазы температуры MS и Md повышаются, а напряжения σ0,1(Md) уменьшаются: в кристаллах A MS<77 К, Md=320 К и σ0,1(Md)=920 МПа, в кристаллах B MS<77 К, Md=450 К и σ0,1(Md)=720 МПа, а в кристаллах C MS=97 К, Md=420 К и σ0,1(Md)=720 МПа. Экспериментально установлено, что при деформации растяжением [001]-монокристаллы обладают СЭ, величина и температурный интервал проявления которой зависят от размера дисперсных частиц γʹ-фазы: в кристаллах A СЭ наблюдается в температурном интервале ∆Т=60 К, в кристаллах B ∆Т=160 К, а в кристаллах C ∆Т=220 К. На рис. 2 представлены результаты исследования максимальной  Рис. 1. Температурная зависимость критических напряжений σ0,1 для [001] монокристаллов сплава FeNiCoAlTi при деформации растяжением XIV МЕЖДУНАРОДНАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ СТУДЕНТОВ, АСПИРАНТОВ И МОЛОДЫХ УЧЕНЫХ «ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ НАУК» 287  Россия, Томск, 25-28 апреля 2017 г. Том 1. Физика  величины СЭ. В кристаллах А εСЭ=11% и эта величина оказывается больше величины деформации решетки ε0=8,7% для кристаллов данной ориентации при γ–α'-МП. В кристаллах B и C максимальная величина СЭ равна 8,7% и эта величина оказывается равной теоретической величине деформации решетки. В работе [3] на монокристаллах FeNiCoAlNb с малым размере дисперсных частиц γʹ-фазы <3 нм наблюдали превышение величины обратимой деформации теоретического значения ε0, что авторы связывают с <011>{110} упругим двойникованием, развивающимся в αʹ-мартенсите. При увеличении размера частиц γʹ-фазы происходит подавление упругого двойникования. Результат, полученный на кристалле A, где εСЭ, как и в монокристаллах FeNiCoAlNb, превышает ε0, подтверждает общность этого явления.   Заключение.  На монокристаллах сплава FeNiCoAlTi при деформации растяжением установлено, что изменением размера дисперсных частиц γʹ-фазы можно управлять температурами МП, уровнем напряжений высокотемпературной фазы, величиной обратимой деформации и интервалом проявления СЭ.  Работа выполнена при финансовой поддержке гранта РНФ №14-29-00012.  СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ  1. Sehitoglu H., Zhang X.Y., Kotil T., Canadic D., Chumlyakov Y.I., Maier H.J. Shape memory behavior of FeNiCoTi single and polycrystals // Metallurgical and Materials Transactions A. – 2002. – V. 33A. – P. 3661–3672. 2. Chumlyakov Y.I., Kireeva I.V., Poklonov V.V., Pobedennaya Z.V., Karaman I. The shape-memory effect and superelasticity in single-crystal ferromagnetic alloy FeNiCoAlTi // Technical Physics Letters. – 2014. – V. 40. – N. 9. – P. 747–750. 3. Chumlyakov Y.I., Kireeva I.V., Kutz O.A., Turabi A.S., Karaca H.E., Karaman I. Unusual reversible twinning modes and giant superelastic strains in FeNiCoAlNb single crystals // Scripta Materialia. – 2016. – V. 119. – P. 43–46.  Рис. 2. Кривые «напряжение – деформация» при растяжении в [001]-монокристаллах сплава FeNiCoAlTi: а – кристалл A при температуре испытания 250 К, б – кристалл B при температуре испытания 223 К, в – кристалл C при температуре испытания 195 К а б в 

The effect of size of ?' phase dispersed particles on superelasticity in FeNiCoAlTi single crystals

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

Electronic archive of Tomsk Polytechnic University