Введение к работе
Актуальность темы. В современном машиностроении, технике и науке одной из
основных задач является разработка функциональных материалов с улучшенным
комплексом эксплуатационных свойств. В последние два десятилетия активно
развивается научное направление по получению объемного наноструктурного со
стояния в металлах и сплавах. Наноструктурные материалы, как правило, по мно
гим показателям превосходят свойства крупнозернистных аналогов. В настоящее
время основным направлением получения объемных наноструктурных (НС) и
ультрамелкозернистных (УМЗ) состояний являются методы интенсивной пласти
ческой деформации (ИПД). Среди различных функциональных материалов особо
го внимания заслуживают сплавы с термоупругими мартенситными превращени
ями, обладающие эффектом памяти формы (ЭПФ) и сверхупругости (СУ). Из
большого класса сплавов с памятью формы широко применяемыми являются би
нарные сплавы на основе интерметаллида TiNi. Такие сплавы находят примене
ние в машиностроении в качестве термомеханических муфт, термоактиваторов,
термодатчиков, болтов и заклепок для создания неразъемных соединений благо
даря замечательному комплексу их физико-механических свойств: высокой
прочности и пластичности, сопротивлению усталостному разрушению, коррози
онной стойкости в различных агрессивных средах.
Поскольку функциональные свойства сплавов на основе TiNi являются структурночувствительными, они могут быть улучшены путем термомеханической обработки. Однако эти сплавы относятся к разряду труднодеформируемых, а их обработка методами ИПД часто проводится при повышенных температурах. Кроме того, ряд методов ИПД носит исследовательский характер, поскольку используемые при этом образцы ограничены в размерах. Таким образом, получение УМЗ и НС состояний в длинномерных полуфабрикатах из труднодеформируемых сплавов на основе TiNi является в настоящее время актуальным и практически значимым.
С целью повышения деформационной способности сплавов на основе TiNi и формирования в них УМЗ и НС состояний в настоящей работе предложено применить к ним деформационную обработку прокаткой с одновременным наложением импульсного тока. Предполагается, что такая обработка позволит получить не только заданные структурные состояния, но и существенно улучшить комплекс функциональных свойств исследуемых материалов.
Целью работы являлось исследование закономерностей формирования структуры и функциональных свойств конструкционных сплавов на основе TiNi в процессе деформирования прокаткой с импульсным током.
Задачи исследования:
-
Определить влияние импульсного тока на деформационную способность сплавов на основе TiNi при прокатке.
-
Изучить закономерности формирования микроструктуры и эволюцию фазового состава в сплавах на основе TiNi в процессе прокатки с током и отжига.
3. Исследовать особенности проявления мартенситных превращений спла
вов на основе TiNi в зависимости от фазового состава, режимов деформации при
прокатке с током и отжига.
4. Исследовать влияние структурных состояний, полученных при прокатке с
током, на характеристики памяти формы и сверхупругости сплавов на основе
TiNi.
Научная новизна
Впервые показано, что деформация прокаткой с импульсным током способствует повышению деформируемости труднообрабатываемых сплавов на основе TiNi; установлено, что прокатка с током является эффективным методом управления структурой сплавов на основе TiNi, способствует получению нанострук-турного состояния, повышая при этом функциональные характеристики таких материалов.
Положения, выносимые на защиту:
-
Сплав Ti50,0Ni50,0 с исходной В19’ мартенситной структурой обладает большей деформируемостью, чем сплав Ti49,2Ni50,8 с исходной В2 аустенитной структурой.
-
Большие деформации (e>1) достигаемые благодаря применению импульсного тока в процессе прокатки, а также последующий отжиг при 450-500 С в течение 1 часа приводят к формированию УМЗ и НС состояний в сплавах на основе TiNi.
-
Прокатка с током способствует улучшению характеристик памяти формы при нагреве: коэффициент восстановления деформации может быть повышен до 80-98% в зависимости от состава сплава.
-
В сплаве Ti50,0Ni50,0 возможно проявление сверхупругого поведения после предварительной прокатки с током.
Практическая значимость
На основании полученных результатов по многократному повышению деформационной способности при прокатке с импульсным током, была разработана технологическая схема получения полуфабрикатов сплавов на основе TiNi, использованная в ООО «Промышленный центр МАТЭК-СПФ».
Апробация работы
Материалы диссертации были доложены на конференциях «Бернштейнов-ские чтения по термомеханической обработке металлических материалов», Москва, 2009 и 2011; конференциях МИКМУС- 2009 и 2013, Москва; международной конференции «Fundamental and Applied Aspects of External Fields Action on Materials», Китай, 2010; конференциях XIX и XX «Петербургские чтения по проблемам прочности», Санкт-Петербург, 2010 и 2012; конференции НАНО-2011, Москва; молодежной конференции «Физика-химия и технология неорганических материалов», Москва, 2011; 51-й международной конференции «Актуальные проблемы прочности», Харьков, 2011; конференции «XXXVII Гагаринские чтения», Москва, 2011; международных конференциях SMST-2011, Китай и SMST-2013, Чешская республика; международной конференции 9 th European symposium on martensitic transformations, 2012, Санкт-Петербург.
Публикации
По материалам диссертации автором опубликовано 12 научных работ, в том числе 6 статей в журналах из перечня ВАК и 3 статьи в журналах, цитируемых в международных базах Web of Science и Scopus.
Структура и объем диссертации: диссертация состоит из введения, 6 глав и общих выводов; изложена на 141 странице машинописного текста, содержит 15 таблиц и 77 рисунков; список литературы содержит 131 источник.
