Структура и свойства сплавов на основе никелида титана

Присутствие в структуре  частиц второй фазы, не претерпевающей МП, приводит к некоторому расширению температурного интервала прямого (М_н-М_к=25 К) и обратного (А_к-А_н=20 К) МП и к уменьшению гистерезиса (А_н-М_н=5 К) по сравнению с эквиатомным составом из-за наличия полей упругих напряжений вокруг частиц второй фазы, которые облегчают зарождение как при прямом, так и при обратном МП.

Частицы Ti₃Ni₄ имеют тенденцию к упорядоченному единообразному расположению (выстраиванию) в одном направлении в пределах отдельных зерен В2-фазы [61]. Выстраивание когерентных с матрицей выделений частиц обусловлено, очевидно, стремлением к минимизации упругой энергии системы матрица - когерентные частицы в процессе их роста при ромбоэдрическом характере растягивающих матрицу напряжений (рис. 1.12) [47]. С увеличением размеров частиц Ti₃Ni₄ поля упругих ромбоэдрических искажений вокруг них также увеличиваются. При этом образование мартенсита В19¢ подавляется и реализуется В2®R превращение [62]. Дальнейший рост частиц Ti₃Ni₄ приводит к нарушению когерентной связи с матрицей и ослаблению полей упругих ромбоэдрических искажений. При дальнейшем увеличении размеров частиц МП проходят по схеме В2®R®В19¢ и В2®В19¢.

Влияние фазового состава  и структуры, сформировавшихся на разных стадиях старения, на весь комплекс характеристик ЭЗФ и СУ в настоящее  время не установлено. Однако известно, что небольшое количество упрочняющей  фазы благоприятно влияет на характеристики работоспособности при ВФ в условиях внешнего противодействия [54, 67, 74], стабильность характеристик СУ при циклическом нагружении [53] и обеспечивает проявление обратимого ЭЗФ [52, 53], который после старения под нагрузкой трансформируется в полный круговой ЭЗФ [53]. Выделение дисперсных частиц TiNi₃ способствует упрочнению матрицы, что тормозит процесс пластической релаксации напряжений, создаваемый внешним противодействием. В этом отношении более эффективно ступенчатое старение, которое дает значительное повышение работоспособности не только при однократном, но и при многократном ВФ [54].

В сплавах рассматриваемой  группы из-за термической нестабильности В2-фазы возможно получение в основном рекристаллизованной структуры, т. к. процессы полигонизации проходят одновременно с распадом, что затрудняет  
формирование субструктуры. Однако именно такая структура обеспечивает наилучшие свойства при малоцикловой усталости, в то время как для получения высокого предела выносливости лучше иметь однофазную рекристаллизованную структуру [53].

Рис. 1.12. Схематическое изображение полей упругих напряжений вокруг частиц Ti₄Ni₃ (а) и начального процесса зарождения и роста кристаллов R–мартенсита на них (б) [47].

Однофазной рекристаллизованной структуре, обладающей перед деформированием минимальным содержанием дефектов кристаллического строения, соответствует максимальная величина второй критической степени наведенной деформации (e_кр2 – деформация при которой не происходит ЭЗФ, 
e_кр1 – деформация при которой начинается неполное востановление формы). Минимальная величина e_кр2 наблюдается в сплаве после холодной деформации, когда в структуре изначально высока плотность дефектов кристаллического строения (табл. 1.4) [75]. Значения первой критической степени деформации меняются обратным образом: максимальное значение e_кр1 наблюдается в холоднодеформированном состоянии. При увеличении температуры отжига e_кр1, g_кр1 снижаются, достигая минимальных значений после отжига при 900°С, когда сплав имеет однофазную рекристаллизованную В2-структуру [75, 76].

Таблица 1.4

Влияние термической обработки  на характеристики ВФ сплава ТН1 [75]