автореферат диссертации по металлургии, 05.16.01, диссертация на тему:Разработка технологии производства и исследование функционально-механических свойств проволоки из сплавов TiNi с эффектом памяти формы

11а правах рукописи

АНДРЕЕВ Владимир Александрович

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА И ИССЛЕДОВАНИЕ ФУНКЦИОНАЛЬНО-МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПРОВОЛОКИ ИЗ СПЛАВОВ Т1М С ЭФФЕКТОМ ПАМЯТИ ФОРМЫ

Специальность: 05.16.01 — Металловедение и термическая обработка

металлов

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

О 5 ДЕК И»

Санкт-Петербург - 2008

003456430

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Новгородский государственный университет имени Ярослава Мудрого» и в Закрытом акционерном обществе «Промышленный центр МАТЭКС»

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Хусаннов Михаил Андреевич

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук,

Волков Александр Евгеньевич

кандидат технических наук, доцент Шипша Владимир Григорьевич

Ведущая организация: Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе

(г. Санкт-Петербург)

Защита состоится С4С}/>Л- 2008 г. в -{6° часов на заседании

диссертационного совета д 212.229.03 в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный политехнический университет» по адресу: 195251, г. Санкт-Петербург, ул. Политехническая, 29, химический корпус, ауд. 51.

С диссертацией можно ознакомиться в фундаментальной библиотеке ГОУ ВПО Санкт-Петербургский государственный политехнический университет.

Автореферат разослан " 2008

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 212.229.03 доктор технических наук, профессор

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Разработка и внедрение новых технологий и совершенствование традиционных способов производства сплавов на основе ни-келида титана и их передела в проволоку, обеспечивающих повышение качественных показателей продукции, во многом определяет эффективное развитие данного направления в промышленности.

В настоящее время проволока из сплавов находит широкое применение в технике и медицине: самораскрывающиеся космические и наземные антенны, активные (термосиловые) элементы в виде винтовых спиралей в мартен-ситных двигателях шагового и роторного действия, имплантанты, стенты, фиксаторы в челюстно-лицевой травматологии, корректирующие стержни, штифты, спицы, винты и другие элементы различного назначения. В условиях высо-_кой потребности этих материалов существует проблема производства проволоки с заданными структурно-чувствительными свойствами (обратимая деформация, реактивные напряжения, степень восстановления формы, температурный интервал восстановления формы А| - А, и другие параметры). Потребитель материала, как правило, доводит до заданного уровня показатели функциональных свойств самостоятельно, в отрыве от предшествующей обработки. Отсутствует стройная технология производства проволоки от подготовки шихты до готовой продукции с требуемыми свойствами. Не менее важной проблемой остается качество поверхностного слоя получаемой проволоки, определяющей преждевременное разрушение вследствие действия периодически повторяющихся термоциклических и механических нагрузок. Одним из направлений решения этой проблемы является шлифование и полирование проволоки под натяжением на последней операции волочения.

Специфика поведения материалов с памятью'формы такова, что при цик-лировании всегда имеет место термоупругое мартенситное превращение с формированием особой структуры способной к переходу в критическую стадию сразу или после быстрого подрастания трещин под нагрузкой. Феноменологические и термодинамические модели деформирования сплавов с памятью формы завершались лишь построением гистерезисов превращения без описания процессов накопления повреждений и разрушения. Модель Волкова А.Е., построенная на основе знаний о внутренней структуре материала и механизмах деформации, является, в какой-то степени, универсальной. Однако она не отработана на примере конкретного сплава и не согласована с экспериментом. По этой причине в настоящее время ее нельзя использовать для прогнозирования циклической долговечности сплавов с эффектом памяти формы. Наиболее эффективные модели кинетики повреждаемости и разрушения, учитывающие структурное состояние сплава, в литературе не представлены. Нет ясности в способах стабилизации структуры сплава и достижении высоких значений обратимой деформации (неупругой > 5% и сверхупругой более 6%) с повышенным сопротивлением усталости. Технологические особенности формирования функциональных свойств в заводских условиях в печати не публикуются, а в опубликованных работах показатели свойств памяти формы непредсказуемы вследствие проявления отрицательной памяти, наведенной пластической де-

формацией при волочении.

Анализ выполненных по рассматриваемой тематике работ показал, что пригодная для практического использования технология получения проволоки и ее обработка, повышающая и стабилизирующая функциональные свойства, отсутствует, а функциональные свойства товарной проволоки из сплавов на основе никелида титана мало изучены. Таким образом, создание комплексной методики целенаправленного управления технологическими параметрами плавки и эксплутационными свойствами сплавов ТТ№ с памятью формы, базируясь на знании процессов структурообразования при различных технологических и силовых воздействиях, является актуальной не только в научном плане, но и в практическом аспекте.

Данная работа выполнялась по заданию Федерального агентства по образованию на проведение научно-исследовательских работ в соответствии с тематическим планом на 2006-2008 гг.

Цель работы: разработка эффективной технологии производства проволоки из сплавов Тл№ с эффектами псевдоупругости и памяти формы, обеспечивающей высокое качество и стабильный уровень функционально-механических свойств готового материала.

Задачи исследования:

1. Анализ современной технологии производства сплавов "ПМ с эффектами псевдоупругости и памяти формы и определение наиболее прогрессивного способа производства полуфабрикатов и проволоки высокого качества.

2. Изучение особенностей и установление закономерностей изменения фазового состава и свойств памяти формы сплавов "ПМ после многократного деформирования, позволяющих разработать алгоритм управления структурой для достижения высокого уровня функциональных свойств.

3. На основе систематического исследования механического поведения сплавов Т1№ в условиях одноосного и сложного нагружения при постоянной и циклически изменяющейся температурах выработка надежного критерия оценки сопротивляемости материала, позволяющего прогнозировать его долговечность при различных схемах циклического нагружения.

4. Разработка режимов обработки проволоки, формирующих ее прямолинейность при высоких значениях псевдоупругости и эффекта памяти формы.

5. Построение физически обоснованной модели механической усталости, описывающей процессы накопления дефектов кристаллического строения в сплаве с эффектами псевдоупругости и памяти формы вплоть до разрушения, и выявление особенностей разрушения при различных схемах нагружения.

Научная новизна:

1. Выполнен систематический анализ влияния термомеханической обработки (ТМО) проволочных образцов на эффекты псевдоупругости и памяти формы сплавов системы ТТ№. Показано, что деформирование проволочных образцов под натяжением способствует формированию эффекта псевдоупругости и памяти формы с высокими значениями механических свойств и обратимой деформации при обеспечении ее прямолинейности.

2. Изучены функциональные характеристики сплавов Тл№ при различных степенях обжатия. Установлены области деформации, при которых реализуют-

ся наиболее высокие показатели свойств памяти формы.

3. Установлены общие закономерности механического поведения сплавов системы "ПЬП с псевдоупругими свойствами и эффектом памяти формы при различных схемах механического и термоциклического нагружения. Показано, что независимо от способа нагружения, наблюдаются два этапа изменения свойств памяти формы, характеризующиеся структурно-неустойчивым состоянием и переходом пластически деформированного металла к более устойчивому.

4. На основе микроструктурного подхода разработана физическая модель накопления повреждений и разрушения, учитывающая механические характеристики и температуры мартенситных превращений сплава с эффектом памяти формы. Программа расчета позволяет прогнозировать число циклов до разрушения и вероятные кривые гистерезисов превращения.

5. Предложена и апробирована методика расчета долговечности псевдоупругих сплавов на основе разработанной модели в сопоставлении с результатами экспериментальных исследований. Показано, что расхождение по числу циклов до разрушения между результатами, полученными экспериментально и рассчитанными по модели, не превышает 20%. Программа расчета может быть использована для прогнозирования долговечности при размахе заданной деформации 6-9%.

Достоверность экспериментальных результатов и обоснованность выводов обеспечиваются корректностью постановки задач исследования, комплексным подходом к их решению с использованием современных методов и методик, привлечением статистических методов обработки результатов, анализом литературных данных и критическим сопоставлением установленных в работе закономерностей.

Практическая ценность:

1. Разработан прогрессивный способ получения слитков, прутков и проволоки высокого качества из сплавов системы Т1№ с эффектами псевдоупругости и памяти формы. Разработанная технология включает экспериментально изученные и многократно апробированные операции обработки давлением, точением перед ковкой и прокаткой, бесцентровым шлифованием, полированием проволоки и др. Предложенный способ частично защищен изобретением (Патент РФ №2162900 от 10.02.2001).

2. Разработан эффективный режим ТМО сплавов Т1№, обеспечивающий прямолинейность проволоки после волочения и значительный возврат псевдоупругой деформации (> 6%). На способ двухстадийной ТМО подана заявка на изобретение (Регистрационный № 2008116338 от 28 апреля 2008 г).

3. Разработан режим термотренинга в перегрузочном цикле с частичными разгрузками (через деформацию 1%), повышающий псевдоупругость и долговечность в 1,5-2,0 раза по сравнению с испытаниями в обычном режиме. Предложенный режим термотренинга может использоваться для ответственных изделий и инструментов в медицине, например, для микрохирургии глаза.

По результатам работы на заводе Промышленного центра «МАТЭКС» внедрена более эффективная технология производства полуфабрикатов и проволоки из сплавов системы "ПМ, позволяющая в строгой последовательности выполнять операции обработки слитка давлением до полуфабриката (прутков),

завершая технологический процесс волочением. Новые операции, способствующие повышению качества выпускаемой продукции, гармонично увязаны с промышленной технологической схемой получения проволоки.

Результаты диссертации использованы при разработке технических условий ТУ 18.4290-004-13152881 -02 (Проволока из сплава ТН-1) и ТУ 18.4270-00513152881-05 (Проволока и прутки из сплава ТН-1).

Разработанные и созданные в НовГУ лабораторные стенды для исследования механической и термоциклической долговечности по различным схемам нагружения используются для решения производственных задач, а также в научно-исследовательской и учебной работе.

Личный вклад автора заключается в постановке задач исследования; разработке и внедрении новых видов обработки, вошедших в технологическую цепочку производства проволоки из сплавов TiNi; проведении экспериментов по исследованию функционально-механических свойств в изотермических и циклических условиях нагружения; обработке полученных результатов и формулировании выводов.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Полная и эффективная технологическая схема производства полуфабрикатов и проволоки из сплавов системы TiNi с величиной обратимой деформации памяти формы и псевдоупругости > 6%.

2. Экспериментальные результаты и физические представления о влиянии химического состава сплавов исследованной системы, температуры и скорости деформирования, пластической и термической обработки на эффекты псевдоупругости и памяти формы.

3. Режимы термомеханической обработки («прямого» отжига) проволоки (после волочения) в целях обеспечения ее прямолинейности и высоких свойств псевдоупругости и эффекта памяти формы.

4. Экспериментальные результаты механоциклической и термоциклической долговечности исследованных сплавов и полученные на их основе аналитические выражения, устанавливающие взаимосвязь между заданной деформацией (напряжением) и числом циклов до разрушения с учетом состава и структурного состояния сплавов и позволяющие оценивать работоспособность материала.

5. Физическая модель, описывающая накопление деформационных дефектов и разрушение псевдоупругой проволоки при механическом цитировании. Программа расчета малоцикловой усталости сплавов с псевдоупругими свойствами.

Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на следующих конференциях и симпозиумах:

1. XIV Петербургские чтения по проблемам прочности, посвященные 300-летию Санкт-Петербурга, 2003, Санкт-Петербург;

2. III Международная конференция, посвященная памяти академика Г.В. Курдюмова, 20-24 сентября 2004 г., Черноголовка;

3. XLIII Международная конференция «Актуальные проблемы прочности», 27 сентября - 1 октября 2004, Витебск;

4. VI Международная конференция «Современные металлические мате-

риалы и их использование в технике», 2004, Санкт-Петербург;

5. Международная научно-техническая конференция «Теория и технология процессов пластической деформации - 2004», 26-28 октября, 2004, Москва;

6. International Conference on Martensitic Transformations, June 14-17, 2005, Snanghai, China;

7. XLIV Международная конференция «Актуальные проблемы прочности», 3-7 октября, 2005, Вологда;

8. XVI Петербургские чтения по проблемам прочности, посвященные 75-летию со дня рождения В.А. Лихачева. 14-16 марта, 2006, Санкт-Петербург;

9. III Евразийская научно-практическая конференция «Прочность неоднородных структур», 18-20 апреля, 2006, Москва;

10. Четвертая международная конференция «Фазовые превращения и прочность кристаллов», посвященная памяти академика Г.В. Курдюмова, 4-8 сентября, 2004, Черноголовка;

11. ЕСОМАТ 2006 European Symposium on Martensitic Transformations, September 10-15, 2006, Bochum/Germany;

12. 45-я Международная конференция «Актуальные проблемы прочности», 25-28 сентября, 2006, Белгород.

13. XVII Петербургские чтения по проблемам прочности. Санкт-Петербург, 10-12 апреля 2007 г.: Сб. материалов. Ч. I. СПб., 2007 г.;

14. XLVI Международная конференция «Актуальные проблемы прочности». 15-17 октября 2007 г. Витебск, Беларусь: Материалы конференции. Ч. 1. Витебск, 2007;

15. Международная научная конференция SMST-2007, Tsucuba Sity, 37.12.2007, Япония;

16. V Международная конференция «Прочность и разрушение материалов и конструкций». 12-14 марта 2008 г. Оренбург.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 46 печатных работ, в т. ч. 3 статьи - в журналах, включенных в Перечень ВАК РФ.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных выводов и списка цитируемой литературы, включающего 131 наименование. Диссертация содержит 132 страницы, в том числе 57 рисунков и 7 таблиц, а также Приложение 4 страницы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении представлена характеристика объекта исследования, обоснована актуальность, цель исследований и сформулированы задачи диссертационной работы, а также основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе представлен критический обзор российских и зарубежных исследований, касающийся технологии получения сплавов на основе никелида титана с эффектом памяти формы. Рассмотрены особенности выплавки сплава, раздела слитков, производства прутков и проволоки. Отмечается фрагментарность и противоречивость сведений в способах получения сплавов заданного состава. Проанализированы работы, посвященные стабилизации структуры

сплавов, а также влиянию термической и термомеханической обработки на свойства памяти формы и сопротивление усталостному разрушению. Приведены данные о влиянии состава, частичных разгрузок и тренинга в перегрузочном режиме на прочностные характеристики и псевдоупругие свойства сплавов ТТ№. Особое внимание уделено обсуждению вопросов, связанных с исследованием механического поведения сплавов в изотермических и циклических условиях, анализу экспериментально полученных данных, а также описанию процессов накопления повреждаемости и разрушения.

В результате выполненного анализа определены основные задачи диссертационной работы.

Во второй главе обоснован выбор технологии производства проволоки заданных составов, реализующих эффекты псевдоупругости и памяти формы. Разработанная технологическая схема плавки сплавов в вакуумной индукционной печи типа УППФ-ЗМ с графитовым тиглем позволила обеспечить строго заданные составы: "П-50,0ат.%№, Ть50,6ат.%№, И-50,7ат.%№, 74-50,8ат.%№ и "П-50,9ат.%№ с суммарным содержанием газовых примесей (0,1085-0,1516) вес %. Исходными материалами для получения сниавов являлись никелевые катоды Н1У и НО в виде пластин, которыми обкладывалась внутренняя поверхность графитового тигля и листы титановых отходов марок ВТ1-0 и ВТ1-00.

Плавка осуществлялась в вакуумно-индукционной печи. Разливка осуществлялась в графитовые изложницы из высокоплотного графита ЗОГ1Г через питатель, по типу сифонной разливки стали, предотвращающая размывку стенок изложницы. Для определения содержания металлических компонентов сплава использовался рентгеновский микроанализатор УХА-860-2, с помощью которого проводилось также исследование химической неоднородности слитков. Если не учитывать наличие зональной ликвации сосредоточенной в литнике и частично в донной части изложницы, то средний состав слитка от литниковой части к дну изменяется в следующей последовательности, например, для сплава (плавки 41) 50,56 50,62 —» 50,66ат%№ на образцах, вырезанных из средней части слитка, определились критические температуры мартенситных превращений (таблица 1).

Влияние термообработки на характеристические температуры МП сплавов И1Ч1

__Таблица 1

№№ п/п Состав сплава Вид т/обр-ки т, °с х, мин. Мг, °С М.ч, °С АК,°С АГ,°С

1 Тл-50,6ат%>П без т/обр. - - (-30) (-19) (-10) (-5)

2 74-50,6ат%№ закалка 850 15 (-38) (-32) (-21) (-17)

3 И-50,9ат%№ отжиг 500 20 (-57) (-44) (-39) (-26)

4 74-50,9ат%№ закалка 850 15 - (-59) (-51) (-33)

Показано, что отжиг и закалка снижают температуры МП, при этом закалка в большей степени, чем отжиг. Такая закономерность наблюдается и на других сплавах с псевдоупругими свойствами.

Анализ поверхности слитка показал, что на ней образуется твёрдая и хрупкая корка, вследствие взаимодействия расплава со стенкой графитовой излож-

ницы. Поэтому первая операция технологического процесса посвящалась обга-чиваиию слитка для удаления дефектного слоя. Затем после каждой поперечно-винтовой прокатки на станах ПВП40-120 и ПВП20-50 проводилось обтачивание на токарном станке для удаления деформированного поверхностного рельефа заготовки. На следующей операции проводилась ковка на ротационно-ковочных машинах типа РКМ-1 до О = 10 мм, РКМ-2 до О = 8 мм, РКМ-3 до 4 мм и РКМ-4 до диаметра 2,6 мм. Завершалась операция ковки ленточным шлифованием поверхности проволочных заготовок для удаления наклёпанного слоя и окалины.

Температурно-временные режимы обработки давлением выбирались из условия обеспечения пластичности металла и предотвращения укрупнения зерен и пережига при рабочих температурах 500-950°С. Особое внимание, при этом, уделялось длительности нагрева и выдержки, чтобы избежать выделения вторых фаз, обогащенных никелем, например, ТлМз, что в конечном итоге может привести к изменению состава сплава. Поэтому отжиг осуществлялся с быстрым нагревом.

Волочение выполнялось на волочильном стане с электрическим нагревом в секционной щелевой печи. Достоинством данной печи являлась быстрота закладки и нагрева проволоки в печи. Такая же печь использовалась и для проведения завершающей операции технологического процесса - двухступенчатой термомеханической обработки при 500°С и 300°С с остаточной деформацией 0,6-0,8, формирующей высокую псевдоупругость и прямолинейность проволоки. Это необходимое требование включено в технологию производства товарной проволоки, поскольку после волочения и смотки в бухту проволока всегда криволинейная. Изложенная в работе технология производства проволоки, в окончательном виде, представлена на рис. 1.

Плавка шихты в вакуумно-индукционной печи типа УППФ-ЗМ

I

Слиток 0:110 ми 4,*"

Обработка поверхности слитка на токарном станке 1М63 [

4 ....._

•* 'Заготовка 0 90-100 мм ' '* '

Поперечно-винтовая прокатка заготовки (стан ПВП 40-120)

- Пруток0 45-55мм ' _

| Обработка поверхности прутка на токарном станке

Поперечно-винтовая прокатка прутка (стан ПВП 20-50)

I

Пруток 0 20 мм.. 4

Обработка поверхности прутка на токарном станке ___ _

- . Пруток 0 18-19 мм

4

£_Ковка на ротационно-ковочной машине

4

Проволока 02,8 мм • 4

Ленточное (безцентровое) шлифование поверхности проволоки

I ........

'"'■Чч-'. Проволока~02,75мм *

_ 4 _

| Горячее волочение в щелевой электронагревательной печи

4

, Проволока 0 2,0—0,1 мм

«Прямой отжиг»

Стабилизирующий отжиг

Рис. 1. Технологическая схема производства проволоки из сплавов Т1№

Повышение характеристик функциональных свойств получаемых сплавов является неотъемлемой задачей данной работы. Здесь обсуждены проблемы выбора условий, обеспечивающих высокие уровни эффектов памяти формы и псевдоупругости. В частности, показано (рис. 2), что наиболее эффективной обработкой, повышающей показатель эффекта памяти формы, является отжиг при температуре 420°С, совмещенный с пластической деформацией. Однако она предпочтительна для стареющих сплавов (обогащенных никелем). Универсальной стабилизирующей обработкой проволоки на завершающей стадии волочения является нагрев с выдержкой при 500°С, 6-10 мин под натяжением, когда скорость вращения наматывающего барабана опережает скорость смоточного. Такая обработка способствует подавлению двунаправленного эффекта памяти формы и развитию мартенситной до 8-10%. После такой обработки проволока становится прямолинейной после отогрева.

На рис. 3. приведены данные изменения механических свойств при тех же температурах, свидетельствующие о положительном влиянии старения при 420°С. Такой эффект связывается с созданием стабильных ориентированных микронапряжений, определяющих направленное развитие мартенситных превращений. Снижение предела фазовой текучести повышает способность материала восстанавливать свою форму.

Механические свойства сплавов Т1№, проявляющих псевдоупругость, отражаются рис_ 3. Зависимость механических свойств характерной для них диаграм- сплава Ть50,2ат%№ после отжига при замой растяжения (рис. 4). Видно, данных температурах в течение 1,5 ч. что предел фазовой текучести Прокатка вхолодную. (10%).

Рис. 2. Зависимость величины эффекта обратимой памяти формы от температуры отжига сплавов Т1-50,2ат%№ (1,2) и Ть 50,0ат%№ (3,4) в течение 1,5 ч. 1,3- после деформации "вхолодную" (30%) с промежуточными отжигами 600°С, 5 мин; 2, 4 - после деформации "вхолодную" (10%) без промежуточного отжига.

значительно превышает значение стф сплавов, обладающих свойством памяти формы. При этом платообраз-ный участок наиболее протяженный. Разгрузка с деформации платообраз-ного участка обычно завершается частичным или полным псевдоупругим возвратом.

Важнейшей задачей в производстве проволоки из сплавов Т1-(50,6-50,9)ат.%]\П является увеличение обратимости деформации при разгрузке и расширение температурного интервала реализации эффекта псевдоупругости. Выполненные исследования в этом направлении привели к разработке оригинального способа термомеханической обработки проволоки, после волочения. Исследовались четыре варианта ТМО. Установлено, что отжиг при температуре 450 -550°С, совмещённый с натяжением проволоки, обеспечивает прямолинейность и псевдоупругость (до 6%). Однако, предпочтение было отдано четвёртому варианту, в котором предусмотрена двухстадийность процесса ТМО (рис. 5).На первой стадии,отжиг при 500°С под напряжением приводит к возникновению ориентированных полей напряжений от дислокационной структуры, а натяжение формирует преимущественную ориентировку кристаллов сплава. На второй стадии при 300°С с натяжением обеспечивается высокий уровень механических свойств при достаточной большой базе деформации плато-образного участка (> 6%) и уровне предела фазовой текучести (550-600) МПа (рис. 6). Данный способ включён в технологическую схему производства проволоки.

Исследования микроструктуры и фазового состояния сплавов

2 4 6 8 10 12 14 £,% Рис. 4. Диаграммы растяжения после обычного отжига при 450°С, 20 мин. I -сплав Ть50,2ат%№ с эффектом памяти формы; 2 - сплав Т1-50,6ат%№ с эффектом псевдоупругости.

т.°с

500 400-

зоо-200-

100

ь | . АА. 1

1э тап

I 6 '5« в'

/ / 1

п \! 1 * тап Р

I, \ Ж г "/Л —т »1 I Ч'

Р. кг

"55 "45 "35 25

15

0 1 2 3 4 5 6 7 8* 9 10 11 Т-МИН

Рис. 5. Термический цикл (сплошные линии) и силовые диаграммы (пунктирные линии) двухстадийной термической обработки.

з Е.%

Рис. 6. Диаграммы псевдоупругости на базе деформации платообразного участка после двухстадийного ТМО, где еш, - протяженность платообразного участка; епу - обратимая псевдоупругая деформация; еост - остаточная деформация; Ас - ширина гистерезиса.

проводились с помощью оптического микроскопа АЛЬТАМИ МЕТ-3 и рентгеновского дифрактометра ДРОН-2.0. Показано, что у проволоки из сплавов Ть (50,6-50,9) ат.%№ с псевдоупругими свойствами при комнатной температуре наблюдается только одна линия высокой интенсивности (110), соответствующая аустенитной В2 - фазе. В сплавах Т1-50,0ат.%Ы1 мартенситные превращения протекают в области положительных температур. На диаграмме, снятой при температуре Мк, выявляются только мартенситные фазы с орторомбиче-ской решёткой В19' и ромбической II - фазой, образующейся в результате расщепления отражения (110) В2 - фазы. Наличие в мартенсите II - фазы всегда приводит к повышению обратимости мартенситного перехода В2<->Я.- Все проволочные образцы характеризуются ярко выраженной текстурой.

Третья глава посвящена влиянию активного деформирования на псевдоупругие свойства. Исследования проводились на проволочных образцах <1 = 1,0 мм сплава Т1-50,6ат.%№ с температурами мартенситных превращений М<; = (-19)°С; М,-= (- 30)°С; А§ = (- 17)°С; А, = (- 8)°С. Деформирование образцов выполнялось на разрывной машине Р¥2-\.0 (Германия). Нагружение осуществлялось при температуре ниже МВ этом состоянии псевдоупругость возникает в

Рис. 7. Диаграммы нагружения и разгрузки сплава Ть50,67ат%№ при различных температурах.

результате инициирования термоупругого превращения. При нагружении возникает наведенный деформационный мартенсит (Мд) по реакции А -» Мд. После разгрузки деформационный мартенсит оказывается термодинамически неустойчивым, появляются химические силы возврата (по реакции Мл —> А), которые приводят к частичному или полному восстановлению формы. В этой главе обозначены и обсуждены проблемы, которые необходимо учитывать при формировании псевдоупругих свойств. Показано, что склонность сплавов к псевдоупругости сильно зависит от состава сплава, температуры и скорости деформирования, термической, пластической и других видов обработки. Анализ диаграмм деформирования сплавов (рис.7), характеризующих эффект псевдоупругости, показал, что при температурах выше 30°С и ниже (-15)°С - происходит трансформация гистерезисных кривых, обусловленная отсутствием платообразного участка и малой величиной псевдоупругого возврата при наличии значительной остаточной деформации.

Сильное влияние на характеристики нсевдоупругости оказывает скорость деформирования. На рис. 8 приведены характерные диаграммы растяжения при

а, МПа

2 4 6 8 10 12 £•%

б)

Рис. 8. Диаграммы растяжения при скоростях нагружения: а - 0,8 мм/мин; б - 40 мм/мин, где е - скорость деформации; ^ - степень деформационного упрочнения.

низкой скорости нагружения 0,8-1,5 мм/мин и повышенной 20-40 мм/мин.

Полученные данные позволяют выявить общие закономерности влияния скорости нагружения (V) или скорости деформирования £ на проявление эффекта псевдоупругости. Показано, что при низкой скорости деформирования отмечается ярко выраженный платообразный участок, значительный по величине деформации (~ 6%), обусловленный последовательным развитием мартен-ситного превращения.

С повышением скорости деформации диаграмма демонстрирует необычное механическое поведение. На малой части деформации платообразного участка (~ 1,0%) появляется зубчатость, переходящая в наклонную часть плато, с низкими значениями деформационного упрочнения (40—45 МПа/%). Фазовый предел текучести возрастает с 600-650 МПа при малых скоростях нагружения (0,8-1,5) мм/мин до 800-850 МПа при больших (20-40 мм/мин). Накопление остаточной деформации при повторении циклов нагружение <-» разгрузка происходит интенсивнее на больших скоростях нагружения при одновременном снижении предела

3 4 5 Число циклов

Рис. 9. Изменение предела фазовой текучести (стФ) и остаточной деформации при механическом циклировании на базе деформации платообразного участка, со скоростью нагружения 20 мм/мин (1, 3) и 0,8 мм/мин (2, 4). Сплав Т1-50,6ат%Мк

фазовой текучести (рис. 9). Однако после 6-10 циклов процесс стабилизируется.

Используя эффект стабилизации псевдоупругих свойств при небольшом количестве механических циклов, был опробован термотренинг, включающий предварительное циклирование на базе платообразного участка. Выполненные исследования наглядно показали эффективность предварительной циклической обработки. При этом следует обратить внимание на то, что после механического циклирования в течение п = 0,09 п долговечность сплава увеличивается в 1,5 раза. В то время как после п = 0,4 п, где п - число циклов до разрушения, уменьшается на 3-5%. Это явление можно связать с накоплением необратимых субмикроскопических повреждений в материале снижающих сопротивление усталости.

Для проведения систематических исследований функционально-механических сплавов с эффектами псевдоупругости и памяти формы была создана соответствующая аппаратура и разработаны методики. В этой главе даны описания методик экспериментальных исследований псевдоупругих свойств при механическом циклировании по схемам: изгиб с кручением, симметричный изгиб, асимметричный изгиб наряду с растяжением и последующей разгрузкой. Показана возможность их использования для изучения механического поведения, кинетики накопления повреждаемости, оценки предела усталости и характерных особенностей разрушения при различных величинах заданной деформации и напряжений.

Параметром, характеризующим работоспособность псевдоупругих элементов из сплавов Т1№, обогащенных никелем, является долговечность, определяемая числом механических циклов до разрушения. Полученные данные (рис. 10) свидетельствуют о закономерной связи долговечности с составом сплава, независимо от способа циклического деформирования. При увеличении содержания никеля в сплаве долговечность возрастает. Более сложная схема нагружения уменьшает число циклов до разрушения. Исследования проводились на проволоке диаметром 1,0 мм при комнатной температуре после двухстадийного прямого отжига. Результаты механоцикли-рования по различным схемам нагружения обрабатывались статистически, используя возможности

8,%-

М,

А

Н1

.-5

1

1000

4000

30 50 100 500

Число циклов

Рис.10. Механоциклическая долговечность сплавов Т1Ы1 в зависимости от величины заданной деформации и схемы нагружения.

1 - Изгиб с кручением. Т1-50,8ат%Ы1;

2 - Симметричный изгиб. Т1-50,6ат%М1;

3 - Симметричный изгиб. Т1-50,8ат%№;

4 - Асимметричный изгиб. Т1-50,6ат%№;

5 - Асимметричный изгиб. 11-50,8ат%№. После тренинга: • - механоциклирование 6 циклов при с = 7,2%; 0 - м/ц в перегрузочном режиме при с = 14% и е = 12%; □ - м/ц с частичными разгрузками при ё = 12%.

программы MS Excel. Полученное уравнение регрессии IgN = as + b наилучшим образом описывает зависимость числа циклов до разрушения от заданной деформации. Влияние упрочняющей (дополнительной) обработки на механо-циклическую долговечность при деформации 5% показано точками на рис. 10. Видно, что образцы после предварительной обработки выдерживали значительно больше циклов до разрушения. Фрактографические исследования зоны разрушения проволочных образцов показали, что характер разрушения зависит от схемы механоциклирования. Образцы, испытывающие односторонний и двухсторонний изгиб, разрушаются хрупко, без видимых следов пластической деформации. В то время как образцы, испытанные по схеме изгиб с кручением, разрушаются с макроскопическим расслоением материала в направлении текстуры, сформированной при волочении.

Актуальной задачей является прогнозирование усталостного разрушения проволоки с псевдоупругими свойствами. В диссертации представлена модель, построенная на основе знаний о внутренней структуре материала и механизмах деформации. В качестве исходного экспериментального материала принималась идеализированная гистерезисная зависимость напряжения от деформации. При расчёте деформации образца учитывался вклад в неё упругой £Н, фазовой Eph и микропластической деформации емр:

„ Е . Ph . MP S = S + Б +8

где s£ = (l -Ф)а/ЕА + Фа/Ем- е™ = АФ ; емр = кАФ'';к-коэффициент, отражающий масштаб микропластической деформации по отношению к деформации фазовой; Ф - объёмная доля мартенсита; ФР - мера микропластической деформации; о - величина действующего напряжения; Ел и Ем - модуль Юнга аустенита и мартенсита соответственно; Л - коэффициент пропорциональности, зависящий от температуры псевдоупругого нагружения.

При расчёте накопления дефектов и повреждаемости в результате микропластической деформации, используется выражение скорости изменения плотности обратимых дефектов

¿=ФР—'-6<t>psigi-6H^Op) /3*

и необратимых

где (3* - постоянная материала, где q и а - постоянные материала; г^т) -коэффициент термоактивированного возврата, зависящий от температуры.

Поскольку причиной раскрытия микротрещин является образование достаточно мощных скоплений обратимых деформацией дефектов (дислокаций), создающих ориентированные поля напряжений, а рассеянные дефекты «ослабляют» материал и ускоряют разрушение, выбрано следующее простейшее условие микроразрушения:

b-(l + A-f) = bf

где А - константа материала, Ь| - критическое значение функции плотно-

стей ориентированных и рассеянных дефектов, Ь - плотность обратимых деформацией дефектов, Г- величина плотности необратимых дефектов.

Роль рассеянных дефектов сводится к «ослаблению» материала, а концентрация напряжения пропорциональна плотности обратимых дефектов:

^(НIР )'ст ~ ст.у /(' + ^ ' /) где ст.ч - предел прочности, К и А

парамет-

Е, %

500

1000 2000 5000 Число циклов

10000

ры модели, Р - константа материала.

Результаты численных расчётов параметров гистерезиса и малоцикловой усталости осуществлялись по разработанной программе при заданных характеристиках исследуемого сплава. На рис. 11 представлена экспериментально полученная и рассчитанная по модели зависимость числа циклов до разрушения и петли псевдоупругости.

Показано, что на больших деформациях (7-8)% экспериментальные данные, отражающие

долговечность сплава, хорошо согласуются с рассчитанными по модели. В то время как на малых деформациях такого согласия нет. Однако, гистерезисы псевдоупругости по модели в основном отражают характер формоизменения петель в реальном эксперименте (рис. 12). Поэтому, даже в таком виде данная модель может использоваться для прогнозирования работоспособности и долговечности сплавов Т1№ с эффектом псевдоупругости.

о,МПа

Рис. 11. Усталость сплава Т1-50,9ат%Ы1 при механическом циклировапии по схеме растяжение разгрузка, о - по модели, • - эксперимент.

е,%

а)

б)

Рис.12. Петли псевдоупругости при заданной деформации Ли = 4,2% по модели (а) и в эксперименте (б)

Рис. 13. Формоизменение диаграмм псевдоупругости при механоциклирова-нии в перегрузочном режиме на первом цикле (1) и на тридцатом (2). Сплав Т1-50,9ат%Ык

Полученный результат позволяет сделать вывод о том, что для аргументированной оценки адекватности модели недостаточно экспериментальных данных по долговечности, при малых значениях заданной деформации (< 7%).

В четвёртой главе анализируются результаты исследования механического и температурного воздействия на проявление эффектов псевдоупругости и памяти формы. Показано, что диаграммы псевдоупругости, в перегрузочном режиме, при напряжениях, превышающих предел фазовой текучести, не замкнуты, поэтому всегда имеет место значительная остаточная деформация (рис. 13). Многократное

повторение циклов сопровождается накоплением остаточной деформации до стабилизации петли гистерезиса на 20-50 циклах в зависимости от заданной деформации. С увеличением числа циклов петли псевдоупругости сужаются, необратимая часть заданной деформации при разгрузке возрастает.

На последующих циклах гистерезис практически замыкается, накопление остаточной деформации происходит с малым темпом. Положительным результатом этих исследований является то, что заданная деформация в перегрузочном режиме уменьшается, за счёт накопления остаточной деформации, однако, стабилизируется на значительно большем уровне псевдоупругой деформации по сравнению с механоциклированием при деформации платообразного участка. При этом возрастает сопротивление механической усталости. Прямым доказательством этому является повышенная долговечность сплавов после механо-циклирования в перегрузочном режиме. Установлено, что перегрузочный режим формирует более высокий уровень псевдоупругого возврата до 7-9%.

Впервые определённое внимание уделено псевдоупругости с частичными разгрузками, на рис. 14 приведена диаграмма псевдоупругости с частичными разгрузками. Оптимальная величина частичных разгрузок в 1% обеспечивает увеличение деформации платообразного участка на 2-3% Рис. 14. Диаграммы циклической псев-(рис.14). Здесь характер поведе- доупругости. Сплав Т!-50,9ат%№ при ния отличается тем, что на каж- Т=25 С (Плавка 43) с частичными разгрузками при е> епл.

600

400

200

А

/Г

епу с,%

дом малом цикле превращение аустенит наведённый мартенсит, охватывает лишь часть объёма сплава. Поэтому, повторяя неполные циклы многократно, фазовое превращение реализуется во всём объёме, порождая на каждом (малом) цикле микродеформации, сумма которых вызывает макроскопическую деформацию образца, значительно большую, чем в полном цикле нагружение - разгрузка в обычных условиях. Обнаруженный эффект повышения величины псевдоупругого возврата, можно объяснить реализацией всех ориенгационных вариантов возникающего мартенсита на этапах частичных разгрузок, вызывая неупругую деформацию в малом объёме кристалла. На этапах частичного на-гружения образование других вариантов мартенсита становится предпочтительным. Таким образом, можно предположить, что частичные разгрузки способствуют наилучшему сдвигу (деформации), а частичные нагрузки, препятствуя, оказывают сопротивление деформированию. Совокупность этих явлений приводит к повышению псевдоупругости и сопротивления разрушению.

Механоциклирование с частичными разгрузками в перегрузочном режиме (рис. 15) способствует стабилизации структуры сплава, повышению сопротивления усталости и высокой обратимости псевдоупругой деформации. Выявленные особенности связаны с деформационным упрочнением наведенного мартенсита на стадии на-гружения.

В этой главе также рассматривается возможность направленного воздействия на структуру сплавов Т1№ для повышения функциональных свойств. Наиболее перспективным способом является пластическая деформация. Однако эти сплавы сильно упрочняются при обработке давлением. Поэтому даже после малой деформации 5-10% требуется отжиг для снятия упрочнения и наклепа.

Пластическое деформирование путем обжатия осуществлялось на двухвалковом прокатном стане с промежуточными отжигами при 600°С в течение 5 мин. Максимальная степень деформации (86%) определялась возможностями прокатного стана. Изменение механических свойств после каждой степени обжатия оценивалось по данным микротвердости (Нм) и макротвердости по НКА. Показано, что с увеличением степени обжатия Нм снижается, в то время как твердость по Роквеллу (Н11А) вначале незначительно возрастала (до е = 30-н40%), а затем незначительно снижалась. Эти данные свидетельствуют о практически полном снятии наклепа после промежуточных отжигов. Такой результат коррелируется и с данными рентгеноструктурного анализа. В частности, эффект уширения рентгеновских линий после пластической деформации и последующего отжига не проявляется до степени обжатия 86%. При деформа-

а,МПа

1000 800 600 400 200

/Ш

Ш

/

ч

Б ост! Б 8 ь пу е,

Рис. 15. Диаграмма псевдоупругости с частичными разгрузками в

перегрузочном режиме при деформации 12%. Сплав Т1-50,8ат%№.

циях 20-45% появляется И-фаза, обусловленная расщеплением дифракционных отражений В2-фазы (рис. 16).

Рис. 16. Дифрактограммы исследуемого сплава Т1-50,2ат%М1 после прокатки и промежуточного отжига: а - е = 20%; б — е = 72%.

Это обстоятельство позволяет реализовать мартенситный переход по типу В2<->Я, характеризующийся почти полным восстановлением формы. Увеличение степени обжатия до максимального значения (86%) приводит к подавлению перехода В2<-»К и смещению рентгеновских линий мартенситных фаз, вызванных источниками дальнодействующих полей дислокаций и их скоплений, возникающих на стадии пластической деформации, а также выделений других фаз. Одновременно происходит дробление зеренной структуры с переориентацией мартенситных кристаллов, что естественно отражается на свойствах сплава, например, на способности к генерации реактивных напряжений и формированию эффекта памяти формы. В работе установлены закономерности изменения эффекта памяти формы и температур мартенситных превращений во взаимосвязи с механическими свойствами.

Внешним фактором, существенно влияющим на функционально-механические свойства сплавов с памятью формы, может служить приложенное к образцу механическое напряжение при термоциклировании через интервал мартенситных превращений. Исследования проводились на специально созданной автоматизированной установке, позволяющей через компьютер устанавливать режимы и регистрировать все параметры в процессе термоциклирования.

Показано, что если сплав не был подвергнут стабилизирующей обработке, то при напряжениях сг«оф неупругая деформация слабо накапливается на этапе охлаждения. Это связано с тем, что некоторые ориентационные варианты

К(Л1(||

Е.%

0.25"

0,2

0,15

0.1

0.05

У

Нв \

и*

Л ^"'ПП

А г

= 30 Мла | Г

И г

0 5 10 15 20 25 ст,МПа Число термоциклов

Рис. 17. Взаимосвязь эффектов пластичности превращения (ПП) и недовозврата деформации (Нв) при термоциклирова-нии под напряжением.

мартенсита, сформированные при волочении, не реализуются в направлении действующей нагрузки, то есть препятствуют удлинению образца, вследствие этого наблюдается недовозврат деформации, поэтому образец практически не удлиняется, деформация недовозврата растет с большим темпом по сравнению с деформацией пластичности превращения (рис. 17).

Повышение уровня приложенного напряжения с ЗОМПа до 62 МПа приводит к увеличению обратимости деформации до 3-4%. При напряжениях, близких к Стф (Стф= 134МПа), эффект обратимой памяти формы (ОПФ) достигает максимального значения (6%). Дальнейшее увеличение приложенного напряжения до 200, 300 МПа подавляет аустеннтную память, демонстрируя только мартенситную. Удлинение образца за счёт эффекта ПП увеличивается, а недовозврат уменьшается. При этом эффект обратимой памяти формы монотонно снижается (рис. 18).

Анализ выполненных исследований показывает, что закономерность изменения эффекта обратимой памяти формы при термоциклировании под нагрузкой, независимо от вида обработки, характеризуется трёхстадийным процессом: неустановившаяся, установившаяся и ускоренная ползучесть, которая заканчивается разрушением. Накопление остаточной (необрат И МОИ) опф' деформации на каждом цикле, обу- 5

словленной недовозвратом, при отогреве происходит с разной скоростью и завершается разрушением.

Для расчёта числа циклов до разрушения использовался закон Коффина - Мэнсона, удовлетворительно выполняющийся для большого числа металлов и сплавов:

—/Г -------------- -----------

0 1С 0 21. Ю ЗС 0 4С Ю а.МГ

ер-^г)

Где - пластическая деформация за цикл, (3, с

Ае,

Рис. 18. Зависимость эффекта памяти формы.

■ постоянные.

Обработка экспериментальных данных (А8 /)}

и числа циклов до разрушения (Щ, при заданных напряжениях (о) с помощью метода наименьших квадратов позволила получить численные значения констант Р=1,18 и с=0,125 для заданного сплава.

Тогда соотношение Коффина - Мэнсона представится в следующем виде:

АеР -(Л^)1'18 = 0,125 >

которое можно использовать для определения числа циклов до разрушения при термоциклировании сплавов Т1№ с памятью формы под напряжением.

Заключение

В заключении проведено обобщение основных теоретических и экспериментальных результатов, полученных в диссертационной работе.

Выводы:

1. Разработана эффективная технологическая схема производства проволоки из сплавов системы Т1№, обеспечивающая высокие качество и уровень функционально-механических свойств готового материала, что позволило создать промышленное производство проволоки различного назначения (технического, медицинского и др.). Ключевые этапы технологии защищены патентом РФ на изобретение №2162900 ог 10.02.2001г. и усовершенствованы за счет внедрения современного оборудования и включения новых операций на основании результатов выполненной работы.

2. На основании результатов экспериментально-теоретических исследований процессов механического поведения, связанных с образованием кристаллов мартенситной фазы под напряжением и последующим их исчезновением при разгрузке, создана математическая модель, адекватно описывающая процессы накопления повреждений с учетом изменения объемной доли мартенсита и микропластической деформации в сплавах с эффектами псевдоупругости и памяти формы. Условие разрушения, использованное в модели, основано на концепции накопления деформационных дефектов, создающих концентрацию напряжений, снижающих предел прочности. Сопоставление результатов экспериментальных исследований долговечности сплавов системы Т1Ы1 с расчетными данными показало надежность и достоверность модели, что позволяет использовать ее для прогнозирования механической усталости сплавов.

3. Выявлены особенности и установлены закономерности формирования обратимой памяти формы при термоциклировании под постоянно-приложенным напряжением. Показано, что максимальный уровень эффекта обратимой памяти формы реализуется при напряжениях близких или равных пределу фазовой текучести.

4. Изучено механическое поведение псевдоупругих сплавов системы Т1№ с частичными разгрузками при деформациях платообразного участка и в перегрузочных режимах. Показано, что механоциклирование с частичными разгрузками (через е = 1,0%) способствует увеличению псевдоупругой деформации (до 8-10%) и стабилизации гисгерезисной петли. Долговечность при этом повышается в 2 - 3 раза по сравнению с обычной обработкой. Предложен режим предварительного механоциклирования по схеме растяжение - разгрузка (5-10 циклов) в перегрузочном режиме, способствующий полному возврату деформации, наведенной превращением.

5. Развиты принципы построения схемы «прямого» стабилизирующего

отжига после холодного и горячего волочения, формирующие прямолинейность поволоки и высокие псевдоупругие свойства. Наиболее эффективной схемой «прямого» отжига признана двухстадийная последовательно выполняемая термомеханическая обработка при 500°С и 300°С, под натяжением а = 450 и 200 МПа, обеспечивающая высокий комплекс физико-механических свойств и псевдоупругости. Данная обработка реализована в заводских условиях с положительным эффектом. По результатам исследований подана заявка на изобретение, регистрационный № 2008116338 от 28 апреля 2008г.

6. Разработан режим стабилизирующей обработки проволоки, основанный на реализации эффектов генерации и релаксации реактивных напряжений при нагреве в заневоленном состоянии до 500°С. Показано, что данный вид обработки устраняет «отрицательную» деформацию, наследованную при волочении. Горячий наклеп и развитие полигональной структуры способствуют повышению механических свойств и стабилизации эффекта обратимости деформации до 8%. Предложенный способ включен в промышленную технологию производства проволоки с эффектом памяти формы.

7. Разработана и создана исследовательская аппаратура для изучения функционально-механических свойств в условиях механоциклирования, изотермической и термоциклической ползучести в широком интервале температур и напряжений. Управление рабочими режимами, регистрация изменяемых параметров и их обработка осуществляются с помощью компьютера.

Основные положения диссертации отражены в следующих работах:

1. Андреев В.А., Бондарев А.Б., Писарева Е.А., Шупик А.В Способ получения прутков и способ получения проволоки из сплавов системы никель-титан с эффектом памяти формы и способ получения этих сплавов / Патент №2162900 от 10 февраля 2001.

2. Бондарев А.Б., Андреев В.А. Влияние отдельных примесей на свойства сверхупругой проволоки из сплава с памятью формы на основе никелида титана // Современные проблемы литейного производства. М., 2002. С. 123-126.

3. Bondarev A.B., Andreyev V.A. Topical Problems in Manufacturing Semiproducts (Bars and Wires) from TiNi-Based Shape-Memory Alloy // Proceedings of the International Conf. on Shape Memory and Superelastic Technologies and Shape Memory Materials (SMST-SMM 2001). China, Kunming, September 2001. P.301-304.

4. Хусаинов A.M., Андреев В.А., Летенков О.В., Бондарев А.Б. Исследование псевдоупругости сплавов TiNi50.6 // Вестник НовГУ. В. Новгород. 2004. №26. С. 30-32.

5. Хусаинов A.M., Андреев В.А.. Механическая долговечность псевдоупругих элементов из сплава TiNi // Сборник материалов конференции. 2629.05.2004. Калуга, 2004. С. 28-29.

6. Хусаинов М.А., Андреев В.А., Волнянская О.Ю., Малых Н.В. Влияние ТМО на функциональные свойства сплава с ЭПФ // Актуальные проблемы прочности: Сборник материалов. Беларусь, Витебск, 2004. С. 310-314.

7. Хусаинов М.А., Вяххи Н.Э., Андреев В.А., Летенков О.В.. Механоцик-

лическая долговечность псевдоупругих сплавов TiNi 50.6 // 6-я Международная конференция «Современные металлические материалы, технологии и их использование в технике». Санкт-Петербург, 2004. С. 233-234.

8. Хусаинов М.А., Андреев В.А., Малых Н.В., Бондарев А.Б. Псевдоупругость при различных скоростях нагружения // Вестник НовГУ. В. Новгород. 2004. № 28. С.27-29.

9. Хусаинов М.А., Андреев В.А., Бондарев А.Б., Малых Н.В.. Деформационное поведение сплава Ti - 50,6ат.% Ni при частичных разгрузках // Вестник НовГУ. В. Новгород, 2005. № 30. С.121-122.

10. Ларионов A.A., Хусаинов М.А., Бондарев А.Б., Андреев В.А. Память формы и долговечность сплава TiNi в условиях циклического изменения температуры под напряжением // XVII Петербургские чтения по пробле-мам прочности. Санкт-Петербург, 10-12 апреля 2007. Сб. материалов, ч. I. СПб, 2007. С. 149-153.

11. Андреев В.А., Хусаинов М., Малых Н.В., Бондарев А.Б.. Влияние скорости нагружения при прямом отжиге на механические свойства и псевдоупругость сплава Ti-50,82aT%Ni // 44-я Международная конференция «Актуальные проблемы прочности». 3-7 октября 2005, Вологда. С.5-6.

12. Хусаинов М.А., Андреев В.А., Афанасьев К.В., Летенков О.В., Бондарев А.Б.. Особенности формирования псевдоупругих свойств сплавов TiNi, обогащенных никелем //Актуальные проблемы прочности: Сборник тезисов 45-й Международной конференции. 25-28 сентября 2006 г., Белгород, 2006. С. 126-127.

13. Хусаинов М.А., Андреев В.А., Афанасьев К.В., Михайлов A.C.. Методика механического деформирования псевдоупругих сплавов TiNi // Труды 3-й Международной заочной молодежной научно-технической конференции ЗМНТК-2005. Ульяновск, 2006. С. 184-188.

14. Андреев В.А., Евард М.А., Бондарев А.Б., Хусаинов М.А. Повреждаемость и разрушение сплавов TiNi, проявляющих псевдоупругость // Вестник НовГУ, №44, 2007. С. 4-8.

15. M.A.Khusainov, V.A. Andreev, A.B.Bondarev. The Influence the Ther-momechanical Treatment and Partial Unloading on the Effect of Pseudoelastic and Durability of Alloys Ti-50,8 at% Ni // The International Conference on Shape Memory and Superelastic Technologies (SMST). December 3-5. 2007. Tsukuba, Japan. P. 79.

16. Хусаинов M.A., Андреев В.А., Семёнова Э.В., Ларионов A.A., Бондарев А.Б. Долговечность сплавов TiNi с памятью формы при теплосменах под напряжением // V Международная конференция «Прочность и разрушение материалов и конструкций»: Материалы конференции. Т.1. 12-14 марта 2008 г. Оренбург. С. 308-310.

17. Андреев В.А., Хусаинов М.А., Бондарев А.Б. Технологические особенности получения проволоки из сплавов TiNi с эффектом памяти формы // Ж. «Производство проката». Москва. 2008 г. №9. С.37-42.

Лицензия ЛР № 020593 от 07.08.97

Подписано в печать 29.10.2008. Формат 60x84/16. Печать цифровая. Усл. печ. л. 1,0. Уч.-изд. л. 1,0. Тираж 100. Заказ 3627Ь.

Отпечатано с готового оригинал-макета, предоставленного автором, в Цифровом типографском центре Издательства Политехнического университета. 195251, Санкт-Петербург, Политехническая ул., 29. Тел.: (812) 550-40-14 Тел./факс: (812) 297-57-76

Введение

Глава 1. Современное состояние технологии производства сплавов Ti-Ni с эффектом памяти формы

1.1. Основные сведения о способах получения сплавов на основе никелида титана

1.2. Способы производства проволоки

1.3. Формирование и стабилизация функциональных свойств сплавов Ti-Ni

1.4. Термоциклическая обработка сплавов

1.5. Формирование псевдоупругих свойств

1.6. Механическая и термоциклическая долговечность

1.7. Задачи исследования

Глава 2. Получение и формирование псевдоупругих свойств и памяти формы сплавов Ti-Ni

2.1. Технология производства сплавов на основе никелида титана

2.2. Фазовый состав и функциональные свойства сплавов

2.3. Механические свойства сплавов с эффектом псевдоупругости

2.4. Формирование эффекта псевдоупругости при обычном отжиге

2.5. Формирование эффекта псевдоупругости при ТМО («прямом» отжиге)

Глава 3. Экспериментальное исследование псевдоупругости в условиях активного деформирования

3.1. Псевдоупругие свойства сплавов при различных температурах

3.2. Влияние скорости деформирования на псевдоупругость сплавов Ti-Ni

3.3. Влияние предварительной обработки на эффект псевдоупругости

3.4. Методика механического циклирования псевдоупругих сплавов

3.5. Механическое поведение сплавов при различных схемах циклирования

3.6. Модель усталостного разрушения псевдоупругой проволоки

Глава 4. Особенности проявления псевдоупругости и эффекта памяти формы при воздействии внешних факторов

4.1. Псевдоупругость в перегрузочных режимах механоциклирования

4.2. Псевдоупругость с частичными разгрузками

4.3. Ползучесть и эффект обратимой памяти формы при теплосменах

4.4. Долговечность сплавов при термоциклировании 114 Выводы 117 Литература 120 Приложение

Открытие академиком Курдюмовым Г.В. и Хандрос Л.Г. неизвестного ранее явления термоупругого равновесия при фазовых превращениях мартенсит-ного типа [1,2] положило начало масштабному изучению термоупругого МП на таких сплавах как AuCd, AuCuZn, FeMn, FeNi, CuMn и др. привело к пониманию природы таких явлений, как псевдоупругость и память формы. Суть эффекта памяти формы заключается в неупругой деформации мартенситной фазы и ее восстановлении при нагреве до аустенитного состояния, в ходе которой происходит перестройка кристаллической решетки мартенсита в высокотемпературную матричную фазу - аустенит. Аналогичное явление, связанное с термоупругим МП, происходит при нагружении аустенита, в ходе которого протекает мартенситное превращение, обусловленное образованием мартенситных кристаллов, а при разгружении деформация упруго возвращается. В этих условиях мартенситные кристаллы ведут себя как термоупругие кристаллы. Величина упругой деформации обычно достигает четырех и более процентов [3]. Поэтому данный эффект квалифицировали как сверхупругость или псевдоупругость. Оба характерных явления - память формы и псевдоупругость — всесторонне изучаются в связи с их практическим использованием.

Значительный интерес к этим явлениям возник после опубликования в 1963 г. работы [4], в которой были описаны эффекты восстановления формы интерметаллида Ti-Ni, названного авторами как нитинол. Оказалось, что этот материал обладает способностью восстанавливать первоначальную форму даже после деформации в 6 % и развивать реактивные напряжения, достигающие предела прочности.

В настоящее время в физике мартенситной неупругости и механике деформируемого твердого тела накоплен богатейший материал по вопросам эффектов памяти формы, псевдоупругости и пластичности превращения сплавов

Ti-Ni и их механическом поведении. Экспериментально установлено важней> шее положение кристаллофизики о преимущественном развитии неупругих деформаций посредством мартенситных реакций. Доказано, что механизм мар-тенситной неупругости порождает разнообразные и сложные функциональные свойства материала, которые весьма необычны, разнообразны и до сих пор до конца не изучены.

Благодаря значительному вкладу российских ученых Лихачева В.А., Бернштейна М.Л., Хачина В.М., Путина В.Г., Прокошкина С.Д., Волкова А.Е. и др. в изучении физики и механики явлений, присущих сплавам на основе ни-келида титана, выявились возможности реализации высокого уровня физико-механических свойств и эксплутациониых характеристик. Например, совмещая силовые и деформационные свойства элементов из сплава с памятью формы, удается проектировать исключительно простые и эффективные устройства и механизмы [5].

Однако следует подчеркнуть, что если однократная реализация эффекта памяти формы, в каком-либо механизме, может быть предсказуема, то повторение циклов нагрев <-> охлаждение, обусловленное генерацией реактивных усилий, неизбежно приводит к релаксации напряжений и недовозврату заданной деформации. Здесь решение вопроса заключается в обеспечении стабильности структуры и свойств материала. Аналогичное поведение демонстрируют и элементы, реализующие эффект псевдоупругости.

Работы в этом направлении будут способствовать повышению качества выплавляемого материала и обеспечению высоких функционально-механических свойств на этапах передела слитка в проволоку. В этой связи большое внимание в данной работе было уделено разработке более совершенной технологии производства проволоки: конкурентоспособной (как товар) и структурно-устойчивой (как активный элемент), генерирующей многократно усилия и деформации в заданном интервале температур. Для этого был проведен анализ современного состояния производства проволоки, что позволило выявить недостатки и разработать эффективную технологию плавки и металлургического передела, и создать соответствующую экспериментальную базу для оценки качества полученной продукции.

Предложенная технологическая схема производства проволоки отличается совершенством установленного оборудования, последовательностью технологических этапов со строго контролируемыми температурно-временными параметрами процесса. В частности, полный отказ от использования газонагревательных печей. Вместо них установлена щелевая электрическая печь, позволяющая удерживать строго заданную температуру и легко заводить проволоку для волочения и отжига. Впервые в технологическую цепочку получения проволоки введены новые операции, такие как шлифование поверхности проволоки, «прямой» и стабилизирующий отжиги, обеспечивающие прямолинейность проволоки и высокие свойства псевдоупругости и памяти формы. Экспериментально показана возможность повышения эффектов псевдоупругости путем предварительного механического циклирования с полными и частичными разгрузками. Выявленные особенности поведения сплавов Ti-Ni, обогащенных никелем, в перегрузочных циклах представляют большой интерес с практической точки зрения.

В результате моделирования процессов накопления повреждаемости и разрушения была показана возможность прогнозирования долговечности и работоспособности псевдоупругих элементов при механическом циклировании в широком интервале заданных деформаций. Установлены основные параметры и механизмы, определяющие скорости достижения критического значения деформации, после которой наступает разрушение. Показано удовлетворительное согласование экспериментальных данных с результатами моделирования. Приложенная в данной работе программа расчета позволяет предсказать результат при заданных параметрах механоциклирования и свойствах материала.

На основе полученных экспериментальных данных и апробированных в заводских условиях, показана возможность выбора конкретных режимов плавки и технологической обработки полуфабрикатов, направленной для производства проволоки с заданным комплексом псевдоупругих свойств и памяти формы.

Основные положения диссертации, выносимые на защиту, следующие:

1. Полная и эффективная технологическая схема производства полуфабрикатов и проволоки из сплавов системы Ti-Ni с величиной обратимой деформации памяти формы и псевдоупругости > 6%.

2. Экспериментальные результаты и физические представления о влиянии химического состава сплавов исследованной системы, температуры и скорости деформирования, пластической и термической обработки на эффекты псевдоупругости и памяти формы.

3. Режимы термомеханической обработки («прямого» отжига) проволоки (после волочения) в целях обеспечения ее прямолинейности и высоких свойств псевдоупругости и эффекта памяти формы.

4. Экспериментальные результаты механоциклической и термоциклической долговечности исследованных сплавов и полученные на их основе аналитические выражения, устанавливающие взаимосвязь между заданной деформацией (напряжением) и числом циклов до разрушения с учетом состава и структурного состояния сплавов и позволяющие оценивать работоспособность материала.

5. Физическая модель, описывающая накопление деформационных дефектов и разрушение псевдоупругой проволоки при механическом цитировании. Программа расчета малоцикловой усталости сплавов с псевдоупругими свойствами.

Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях и семинарах:

1. XIV Петербургские чтения по проблемам прочности, посвященные 300-летию Санкт-Петербурга, 2003, Санкт-Петербург;

2. III Международная конференция, посвященная памяти академика Г.В. Курдюмова, 20-24 сентября 2004 г., Черноголовка;

3. XLIII Международная конференция «Актуальные проблемы прочности», 27 сентября - 1 октября 2004, Витебск;

4. VI Международная конференция «Современные металлические материалы и их использование в технике», 2004, Санкт-Петербург;

5. Международная научно-техническая конференция «Теория и технология процессов пластической деформации - 2004», 26-28 октября, 2004, Москва;

6. International Conference on Martensitic Transformations, June 14-17, 2005, Snanghai, China;

7. XLIV Международная конференция «Актуальные проблемы прочности», 3-7 октября, 2005, Вологда;

8. XVI Петербургские чтения по проблемам прочности, посвященные 75-летию со дня рождения В.А. Лихачева. 14-16 марта, 2006, Санкт-Петербург;

9. III Евразийская научно-практическая конференция «Прочность неоднородных структур», 18-20 апреля, 2006, Москва;

10. Четвертая международная конференция «Фазовые превращения и прочность кристаллов», посвященная памяти академика Г.В. Курдюмова, 4-8 сентября, 2004, Черноголовка;

11. ЕСОМАТ 2006 European Symposium on Martensitic Transformations, September 10-15, 2006, Bochum/Germany;

12. 45-я Международная конференция «Актуальные проблемы прочности», 25-28 сентября, 2006, Белгород.

13. XVII Петербургские чтения по проблемам прочности. 10—12 апреля 2007 г., Санкт-Петербург;

14. XLVI Международная конференция «Актуальные проблемы прочности». 15-17 октября 2007 г. Витебск, Беларусь;

15. V Международная конференция «Прочность и разрушение материалов и конструкций». 12-14 марта 2008 г. Оренбург;

16. Международная научная конференция SMST-2007, 3-7 декабря 2007, Япония, Tsucuba Sity;

17. Международная научная конференция ACTUATOR. Июнь 2008 г. Бремен (Германия).

Выводы

1. Разработана эффективная технологическая схема производства проволоки из сплавов системы TiNi, обеспечивающая высокие качество и уровень функционально-механических свойств готового материала, что позволило создать промышленное производство проволоки различного назначения (технического, медицинского и др.). Ключевые этапы технологии защищены патентом РФ на изобретение №2162900 от 10.02.2001г. и усовершенствованы за счет внедрения современного оборудования и включения новых операций на основании результатов выполненной работы.

2. На основании результатов экспериментально-теоретических исследований процессов механического поведения, связанных с образованием кристаллов мартенситной фазы под напряжением и последующим их исчезновением при разгрузке, создана математическая модель, адекватно описывающая процессы накопления повреждений с учетом изменения объемной доли мартенсита и микропластической деформации в сплавах с эффектами псевдоупругости и памяти формы. Условие разрушения, использованное в модели, основано на концепции накопления деформационных дефектов, создающих концентрацию напряжений, снижающих предел прочности. Сопоставление результатов экспериментальных исследований долговечности сплавов системы Ti-Ni с расчетными данными показало надежность и достоверность модели, что позволяет использовать ее для прогнозирования механической усталости сплавов.

3. Выявлены особенности и установлены закономерности формирования обратимой памяти формы при термоциклировании под постоянно-приложенным напряжением. Показано, что максимальный уровень эффекта обратимой памяти формы реализуется при напряжениях близких или равных пределу фазовой текучести.

4. Изучено механическое поведение псевдоупругих сплавов системы Ti-Ni с частичными разгрузками при деформациях платообразного участка и в перегрузочных режимах. Показано, что механоциклирование с частичными разгрузками (через 8 = 1,0%) способствует увеличению псевдоупругой деформации (до 8-10%) и стабилизации гистерезисной петли. Долговечность при этом повышается в 2 - 3 раза по сравнению с обычной обработкой. Предложен режим предварительного механоциклирования по схеме растяжение - разгрузка (5-10 циклов) в перегрузочном режиме, способствующий полному возврату деформации, наведенной превращением.

5. Развиты принципы построения схемы «прямого» стабилизирующего отжига после холодного и горячего волочения, формирующие прямолинейность поволоки и высокие псевдоупругие свойства. Наиболее эффективной схемой «прямого» отжига признана двухстадийная последовательно выполняемая термомеханическая обработка при 500°С и 300°С, под натяжением а = 450 и 200 МПа, обеспечивающая высокий комплекс физико-механических свойств и псевдоупругости. Данная обработка реализована в заводских условиях с положительным эффектом. По результатам исследований подана заявка на изобретение, регистрационный № 2008116338 от 28 апреля 2008г.

6. Разработан режим стабилизирующей обработки проволоки, основанный на реализации эффектов генерации и релаксации реактивных напряжений при нагреве в заневоленном состоянии до 500°С. Показано, что данный вид обработки устраняет «отрицательную» деформацию, наследованную при волочении. Горячий наклеп и развитие полигональной структуры способствуют повышению механических свойств и стабилизации эффекта обратимости деформации до 8%. Предложенный способ включен в промышленную технологию производства проволоки с эффектом памяти формы.

7. Разработана и создана исследовательская аппаратура для изучения функционально-механических свойств в условиях механоциклирования, изотермической и термоциклической ползучести в широком интервале температур и напряжений. Управление рабочими режимами, регистрация изменяемых параметров и их обработка осуществляются с помощью компьютера.

1. Курдюмов Г.В., Хандрос Л.Г. // О «термоупругом» равновесии при мартенситных превращениях. Доклады АН СССР. 1949. том LXV1. № 2. С. 211-214.

2. Металлофизика. Зарегистрировано открытые явления термоупругого равновесия при фазовых превращениях мартенситного типа (Эффект Курдюмова). Т. 3. № 2. 1981. С. 124. (РЖ Met. 1981. 7И169).

3. Винтайкин Е.З. Мартенситные превращения // Итоги науки и техники. Т. 17. ВИНИТИ, 1983. С. 3-59.

4. Buchler W.J., Gilfrich J.V., Viley R.C. // «J. Appl. Phis.», №5, v. 34, 1963, p. 1475-1477.

5. Материалы с эффектом памяти формы: Справ изд. / Под ред. В.А. Лихачева. Т. 4. СПб.: Изд-во НИИХ СПбГУ, 1998. 268 с.

6. А. с. 1134778 (СССР USSR). МКИ4 F 03 G 7/06 от 07.04.83. Тепловой двигатель / И.В. Троценко. Опубл. 15.01.85. Бюл. № 2.

7. А. с. 1255739 (СССР USSR). МКИ4 F 03 G 7/06 от 15.02.85. Тепловой двигатель /Ю.Г. Ермаков, Л.В. Власова. Опубл. 07.09.86. Бюл. № 38.

8. Пат. 4027479 (USA США). МКИ2 F 03 G 7/06 от 06.05.76. Variable density heat engine / J.S. Cori. Опубл. 07.06.77. НКИ 60/527, 310/4A, 60/641.

9. Манджавидзе А.Г., Барнов B.A., Соболевская С.В., Маргвелашвили О.В. Использование материалов с эффектом памяти формы в качестве рабочего тела в мартенситных роторных двигателях // Журнал технической физики. 2006. Т. 76. Вып. 5. С. 131-133.

10. А. с. № 1732744 (СССР) от 17.06.88. Тепловой двигатель / М.А. Хусаи-нов, В.А. Лихачев, О.В. Летенков и др.

11. А. с. 853699 (СССР USSR). МКИ3 Н 01 Н 71/40, Н 01 Н 83/20 от 18.04.77. Реле для защиты электрических цепей / Г.В. Щербединский, Е.З Винтай-кин, В.И. Маторин и др. Опубл. 07.08.81. Бюл. № 29.

12. Чернов Д.Б. // Конструкционное применение сплавов с памятью формы. М., 1999. С. 156-223.

13. Цукерман Э.М. Детали машин из материалов с памятью формы. Итоги науки и техники. М. Том 10. 1988, с. 3-23.

14. А. с. № 1821384 от 17.12.90. Устройство для формования изделий из полимерных материалов / М.А. Хусаинов, В.А. Лихачев, С.А. Родюков и др. Опубл. 15.06.93. Бюл. №22.

15. Пат. № 2130666 от 21.04.98. Термореле / М.А. Хусаинов, Б.Я. Тамбула-тов. Опубл. 20.05.99. Бюл. 14.

16. Пат. № 2141567 от 25.08.98. Термостат / М.А. Хусаинов, Б.Я. Тамбула-тов. Опубл. 20.11.99. Бюл. № 32.

17. Пат. № 2248059 от 21.04.2003. Термореле / М.А. Хусаинов, О.Ю. Вол-нянская. Опубл. 10.03.2005. Бюл. № 7.

18. Патент № 2011238 от 28.06.91. Термореле / И.М. Кондраков, С.Н. Попович, В.Н. Хачин, И.А. Лопатин, А.В. Михайлучев. Опубл. 15.04.94. Бюл. № 7.

19. Журавлев В.Н., Пущин В.Г. // Сплавы с термомеханической памятью и их применение в медицине. Екатеринбург, 2000.

20. Tokaoka S., Horikawa Н., Kobayashi J., Shimizu К. Applications and Development of Shape Memory and Superelastic Alloys in Japan // (SMST-SMM 2001) Materials Science Forum Vols. 394-395. 2002. P. 61-68.

21. Миргазизов M.3., Поленичкин B.K., Гюнтер В.Э., Итин В.И. Применение сплавов с эффектом памяти формы в стоматологии. М.: Медицина, 1991.

22. Гюнтер В.Э., Котенко В.В., Миргазизов М.З. и др. Сплавы с памятью формы в медицине. Томск: Изд-во ТГУ, 1986.

23. Ооцука К., Симидзу К., Судзуки Ю. Сплавы с эффектом памяти формы: Пер. с японск. М.: Металлургия, 1990. 260 с.

24. Пат. № 2171937 от 27.01.2000. Термоклапан / М.А. Хусаинов, Б.Я.Тамбулатов, А.Г. Ларионов и др. Опубл. 10.08.2001. Бюл. № 22.

25. Пат. № 2200267 от 24.01.2000. Запорный клапан с термочувствительным управлением / М.А. Хусаинов, Б.Я. Тамбулатов. Опубл. 10.03.2003. Бюл. № 7.

26. Пат. 2182272 от 24.07.2000. Запорный клапан-отсекатель / М.А. Хусаинов. Опубл. 10.05.2002. Бюл. № 13.

27. А. с. 817476 (СССР USSR). МКИ3 F 28 F 3/10. Пластинчатый теплообменник / Е.И. Микулин, Ю.А. Шевич, В.Н. Потапов и др. Московское высшее техническое училище имени Н.Э. Баумана. Опубл. 30.03.81. Бюл. № 12.

28. Abkowitz A., Slergie J.M., Regan R.R. Патент США № 3700434.

29. Дроздов И.А., Кузяев В.В. // Матер. 15-й Всесоюз. конф. «Порошковая металлургия». Киев, 1985. С. 65-66.

30. Suzuki Т. // Metals and alloys Technol. 1984. Vol. 54, № 9. P. 34-37.

31. Тихонов А.С., Герасимов А.П., Прохорова И.И. Применение эффекта памяти формы в современном машиностроении. М.: Машиностроение, 1981.

32. Buchler W.J., Wang F.E. // Amer. Eng. 1968. Vol. 1. P. 269-276.

33. Медицинские материалы и имплантаты с памятью формы. Томск, 1998. С. 456-468.

34. Добаткин В.И., Аношкин Н.Ф., Андреев А.Л. и др. Слитки титановых сплавов. М.: Металлургиздат, 1966. 286 с.

35. Аношкин Н.Ф., Бочвар Г.А., Фаткуллина Л.П. Технология производства полуфабрикатов из сплавов на основе никелида титана, обладающих эффектом памяти формы // Цветные металлы. 1985. № 2. С. 59-61.

36. Фаткуллина Л.П., Смальщенко В.А. // Труды 3-й Международной конференции по титану. Т. 3. М.: ВИЛС, 1978. С. 69-75.

37. Koshinen J., Haimi Е., Mahiout A., Lindroos V.K. and Hannula S.-P. Supere-lastic TiNi coatings with good corrosive wear resistance // J. Phys. IV France. № 112. 2003. P. 1137- 1140.

38. Патент на изобретение № 5958159 от 28.09.1999 / Bernard Prandi (Франция)//№ публ. 2758338.

39. Шеметов М.А., Клековкин А.А., Юрченко В.Г. Производство тонкой титановой проволоки // Цветные сплавы. 1988. № 3. С. 76-79.

40. Пушин В.Г., Кондратьев В.В., Хочин В.Н. // Предпереходные явления и мартенситные превращения. Екатернбург, 1998. С. 130-325.

41. Винтайкин Е.З., Удовенко В.А., Бичинашвили А.И. // Докл. АН СССР. 1975. Т. 22. №2. С. 322-325.

42. Лотков А.И., Гришков В.Н. Никелид титана, кристаллическая структура и фазовые превращения // Известия высших учебных заведений. Физика. № 5. 1985. С. 68-103.

43. Лихачев В.А., Кузьмин С.Л., Каменцева З.П. // Эффект памяти формы. Л.: ЛГУ, 1987. С. 109-124.

44. Kazuhiko М. ets al. // J. Jan. Soc. Powder and Powder Met. 1981. Vol. 28, № 4. P. 125-130.

45. Мартынова И.Ф., Скороход B.B., Солонин C.M. // Порошковая металлургия. 1981. №5. С. 39-42.

46. Корнилов И.И., Белоусов O.K., Качур Е.В. Никелид титана и другие сплавы с памятью формы. М.: Наука, 1997. 179 с.

47. Хусаинов М.А., Зайцев В.А., Андреев А.В. Исследование условий волочения и термообработки проволоки из никелида титана // Материалы с эффектом памяти формы и их применение: материалы семинара / Новгород, 1989. С. 117 — 121.

48. Быковский О.Г., Ткаченко И.В., Качалов Ю.А. Лабораторная электродуговая печь для выплавки реакционноспособных сплавов // Цветные сплавы. 1988. № 4. С. 88-89.

49. Хачин В.Н., Гюнтер В.Э., Чернов Д.Б. Два эффекта обратимого изменения формы в никелиде титана // Физика металлов и металловедение. 1976. № 42. Вып. 3. С. 658-661.

50. Беляев С.П., Кузьмин С.Л., Лихачев В.А., Щербаков Л.Н. Силовые характеристики эффекта обратимой памяти формы в никелиде титана // Материалы с новыми функциональными свойствами. Новгород Боровичи, 1990. С. 63-67.

51. Эффект памяти формы: Пер.с англ. / Под ред. В.А. Займовского М.: Металлургия, 1979. С. 442-447.

52. Бернштейн М.Л., Хасенов Б.П., Хасьянов У. Многократная реализация эффекта памяти формы в сплаве TiNi // Металловедение и термическая обработка металлов. 1987. № 2. С. 49-55.

53. Беляев С.П., Кузьмин СЛ., Лихачев В.А., Рогачевская М.Ю. Влияние термоциклической обработки на свойства памяти формы сплава TiNi 50 ат. % Ni // Цветные металлы. 1989. № 2. С. 100-104.

54. Беляев С.П., Кузьмин С.Л., Лихачев В.А. Обратимый эффект памятиIформы как результат термоциклической тренировки под нагрузкой // Проблемы прочности. 1988. № 7. С. 50-54.

55. Кузьмин С.Л., Лихачев В.А., Образцова О.А. Влияние режимов термо-циклирования на эффект обратимой памяти формы // Проблемы прочности. 1986. № 2. С. 30-32.

56. Беляев С.П., Кузьмин С.Л., Лихачев В.А., Ковалев С.М. Деформация и разрушение никелида титана под действием теплосмен и напряжения // ФММ.1987. Т. 63. Вып. 5. С. 1017-1023.

57. Беляев С.П., Ю.В. Войтенко, Кузьмин C.JI. и др. Циклическая память формы и работоспособность никелида титана // Проблемы прочности. 1989. № 6. С. 40-44.

58. Беляев С.П., Ермолаев В.А., Кузьмин C.JI. и др. Обратимый эффект памяти формы после термоциклической обработки под напряжением // Вестник ЛГУ. Сер. мат.-мех. астрон. J1. С. 38. Рук. деп. в ВИНИТИ.

59. Беляев С.П., Кузьмин C.JL, Лихачев В.А.,Щербакова Л.Н. Силовые характеристики эффекта обратимой памяти формы в никелиде титана // Материалы с новыми функциональными свойствами: материалы семинара / НПИ. Новгород, Боровичи, 1990. С. 63-67.

60. Хусаинов М.А., Беляков В.Н. Исследование влияния термотренинга на многократнообратимую память формы в ненагруженном состоянии // Структура и свойства металлических материалов и композиций. Новгород, 1989. С. 51-60.

61. Zel'dovich V.I., Frolova N.Y., Khomskaya J.V. and Epanechnikov. Dila-tometrie study of SME and TWSME in TiNi alloy // J. Phys. IV France, 112. 2003, p. 773-776.

62. Khusainov M.A., Volnyanskaya. Functional-mechanical properties and longevity of alloys on the base of titanium nickelide, under thermocyclings, in conditions of the system rigidity // J. Phys. IV France. № 112. 2003. P. 781-784.

63. Хусаинов M.A., Волнянская О.Ю. Функционально-механическое поведение рабочих элементов термореле // Вестник Новг. гос. ун-та. № 19. С. 28-32.

64. Лихачев В.А., Малинин В.Г. Структурно-аналитическая теория прочности. Санкт-Петербург: Наука, 1993. С. 232.

65. Хусаинов М.А., Волнянская О.Ю., Андреев В.А. Влияние вылеживания на температуры срабатывания термочувствительного элемента с памятью формы // Вестник НовГУ. 2003. № 23. С. 24-29.

66. Новые материалы, под ред. Карабасова Ю.С., М., МИСИ, с. 384-398.

67. Wagner M., Sawaguchi Т., Kaustater G., Hoffken D., Eggeler G. Strucural fatigue of pseudoelastic NiTi shape memory wires // Materials Science and Engineering A 338.2004. P. 105-109.

68. Nornbogen E. Review Thermo-mechanical tatigue of shape memori alloys // Journal of materials science. № 39. 2004. P. 385-399.

69. Heckmann A., Hornbogen E. Microstrucure and pseudo-elastic low-cycle high amplitude fatigue of NiTi // J. Phis. IV France 112. 2003. P. 831-834.

70. Хусаинов M.A. Память формы в металлах. Новгород, 1999. 74 с.

71. Auricchio F., Sacco Е. // A. SMA Termomechanical ferrite-element beam model. SMST-97; Proceeding of the international Conference of Shape Memory, 1997. P. 485-490.

72. Gao S., Yi S. Experimental study on the anisotropic behavior of textured NiTi pseudoelastic shape memory alloys. Inernational Conference on Martensitic Transformations. Finland, Espoo, June 10-14, 2002, part 2, pp. 827-830.

73. Predki W., Klonne M. Superelastic NiTi-alloys under torsional loading. Inernational Conference on Martensitic Transformations. Finland, Espoo, June 10-14, 2002, part 2, pp. 807-810.

74. Liu Y., Favier, Orgeas L. Jnfluence of Elastic Energy on the Unloading Behaviour of NiTi Shape Memori Alloys// Journal De physigue IV, vol. 5, decembre, 1995, с. C8-593 C8-598.

75. Orgeas L., Favier D. Non-symmetrc tension-Compression Behavior of NiTi Alloys. Inernational Conference on Martensitic Transformations. Switzland, Lausanne,

76. August 20-25, 1995, part 2, pp. C8-605 C8-810.

77. Путин В.Г., Хачин B.H., Савинов A.C., Кондратьев В.В. / ДАН СССР, 1984, 277. № 6. С. 1386-1389.

78. Lexcellend C., Tobushi H. Internel Loops in Pseudoelastic Behavior of Ti-Ni Shape Memory Alloys: Experiment and Modelling // Meccanica. 1995. № 30. P. 459466.

79. Адлер Ю.П. и др. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий. М., Наука, 1976. 297 с.

80. Yamazaki К., Kajiwara S., Kikuchi Т., Ogawa К. and Miyazaki S. // Superhigh strength shape memory thin films // J. Phys. IV Frence 112 (2003), p. 841-844.

81. Эффект памяти формы в сплавах // Пер. с англ. Под редакцией В.А. Зай-мовского. М., 1979. 472 с.

82. Guedon J.Y., Pallard М., Rien J. Psendoelasticity in Fe-Al alloys.- Seripta Met. 1976, vol. 10, № 7, p. 631-634.

83. Фридель Ж. Дислокации. M., МИР, 1967. С. 125-127.

84. Хусаинов М.А. Сплавы никелида титана с памятью формы. 4.1 / Подред. Пушна В.Г. // Структура и фазовые превращения и свойства. Екатеринбург, 2006.414 с.

85. Бокштейн С.З. Строение и свойства металлических сплавов. «Металлургия». М., 1971. С. 197-201.

86. Гришков В.Н., Лотков А.И. Влияние условий закалки и старения на температуры и последовательность мартенситных превращений в Ti49Ni5i // Материалы с эффектом памяти формы и их применение. 1989. С. 114-117.

87. Хусаинов М.А., Андреев В.А., Бондарев А.Б. Прочность неоднородных структур. ПРОСТ, М„ 2004. С. 144-145.

88. Hornbogen Е. Review thermo-mechanical fati of shape memory alloys // Journal of materials science. № 39. (2004). P. 385-399.

89. Хусаинов M.A., Андреев В.А., Бондарев А.Б., Малых Н.В. Деформационное поведение сплава Ti -50,6 ат% Ni при частичных разгрузках // Вестник Нов-ГУ. Серия «Технические науки». 2005, №30. С. 121-122.

90. L. Bataillard and R. Gotthardt. Influence of Thermal Treatment on the Appearance of a three Step Martensitic Transformation in NiTi //J. Phys. IV 5 (1995).

91. S. Miyazaki, K. Otsuka and Y. Suzuci. Transformation Pseudoelasticity and Deformation Behavior in a Ti 50,6 at% Ni Alloy // Scr. Metall. 15. 1981. pp. 287 -292.

92. T.J. Lim and D.L. McDowell. Degradation of a Ni-Ti alloy During Cyclic Loading // Proceedings of the 1994 North American Conference on Smart Structures and Materials, SPIE, Orlando, Florida, pp. 153-165.

93. S. Miyazaki, T. Imai, Y. Igo and K. Otsuka, Effect of Cyclic Deformation onthe Pseudoelasticity Characteristics of Ni-Ti Alloys // Metall. Trans. 1986. A 17 A. pp. 115-120.

94. A.Heckmann and E.Hornbogen. Microstructure and pseudo-elastic low-cycle high amplitude fatigue of NiTi // J. Phys. IV France 112 (2003) 831-834.

95. Судзуки Ю. Механическая обработка сплавов, обладающих эффектом памяти формы // Дзюнкацу, 1988. Пер. с яп.

96. P.Filip and A.C.Kneissl. Mechanical Properties and Related Substructure of Ti-Ni Shape Memory Alloys // J. Phys. IV 5 (1995).

97. M.Wagner, T.Sawaguchi, G.Kaustrater, D.Hoffken, G.Eggeler. Structural fatigue of pseudoelastic NiTi shape memory wires // Materials Science and Engineering. A 378 (2004) 105-109.

98. T.H.Nam, D.W.Chung, H.W.Lee, J.H.Kim, M.S.Choi. Effect of the surface oxide layer on transformation behavior and shape memory characteristics of Ti-Ni and Ti-Ni-Mo alloys //Journal of Materials Science 38 (2003) 1333-1338.

99. V.Brailovski, S.Prokoshkin, P.Terriault, F.Trochu. Shape Memory Alloys: Fundamentals, Modeling and Applications // Universite du Quebec.

100. Eggeler G., Hornbogen E., Yawny A., Heckmann A., Wagner M. Structural and functional fatigue of TiNi Shape memory alloys // Materials science Engineering. V. 378 (2004). Pp. 24-33.

101. Беляев С.П., Кузьмин С.Jl., Лихачев В.А., Ковалев С.М. Деформация и разрушение никелида титана под действием теплосмен и напряжения // ФММ, 1987, том 63, вып. 5. С. 1017-1023.

102. Lexcellent С., Tobushi Н. Internal loops in pseudoelastic behavior of TiNi Shape memori alloys: Experiment and modeling. Mechanica 301995, pp. 459-466.

103. Wang Zhigang, Hwang Kehchih. A Constitutive Relation in Shape Memory Alloys // A eta mechanica sinica, Vol. 7, No. 1 . February 1991. Pp. 67-75.

104. David A. Miller, Dimitris C. Lagoudas. Thermo-mechanical characterization of NiTiCu and NiTi SMA actuators:m influence of plastic strains // Режим доступа:http://smart.temu.edu/publications/years/2001 .html

105. E. Lopez-Cuellar, G. Guenin and M. Morin. Study of fatigue behavior of Ti-NiCu5% wires for different heat treatments // J. Phys. IV France, 112. 2003, p. 835-838.

106. Airodli G., Piredda S., Pozzi M. and Shelyakov A.V. The Electrical Resistance of Ni50Ti30Hf20 and NisoTi^.sHf^ Melt-Spun Ribbons during Current-Driven Thermal Cycles // Materials Sciens Forum Vols. 327-328 (2000) pp. 135-138.

107. Takimoto A. Relationship Between Volume Fraction of Strain-Induced Martensite Under Tension and Electrical Resistivity in a Ti-Ni SMA Wire // Journal De physigue IV, vol. 5, decembre, 1995, с. C8-593 C8-598.

108. Бледнова Ж.М., Будревич Д.Г., Махутов Н.А., Чаевский М.И. Функционально-механические свойства материалов, поверхностно модифицированных сплавами с эффектом памяти формы // «Заводская лаборатория. Диагностика материалов». №9. 2003. Том 69. С. 42-^6.

109. Vaidyanathan , Bourke, Dunand. An in situ neutron diffraction mechanical study of superelastic NiTi and NiTi-TiC composites // J. Phys. IV France, 112. 2003, p. 823-826.

110. Пушин В.Г., Кондратьев В.В., Хачин В.Н. Предпереходные явления и мартенситные превращения в сплавах на основе никелида титана / Известия ВУЗов «Физика», №5, 1985, с. 292-304.

111. Khusainov М.А., Volnyanskaya O.Yu. Functional-mechanical properties and longevity of alloys on the base of titanium nickelide, under thermocyclings, in conditions of the system rigidity // J. Phys. IV France 112 (2003). Pp. 781-784.

112. Dabin Wu, Wendy С. Crone and John Perepezko. Mechanical Behavior of Nanostructured Melt Spun NiTi Shape Memory Alloy // Society for Experimental Mechanics, 2002 SEM Annual Conference Proceeding, Milwaukee, WI, 2002.

113. Лихачев B.A., Малинин В.Г.// Структурно аналитическая теория прочности. Санкт-Петербург, Наука, 1993,471 с.

114. Miiller J. On the size of the hysteresis in pseudoelasticity.// Continuum Mech., Thermodyn. J. (1989) pp. 125-142.

115. Krishnan R.V., Brown L.C.// Pseudoelasticity and the strain-memory effect in an Ag-45 at.pct.Cd alloys. Met. Trans, 1973, vol.4, №2, p. 423-429.

116. Хачин B.H., Пушкин В.Г., Кондратьев В.В. Никелид титана: Структура и свойства. М., 1992. 160с.

117. Волков А.Е., Евард М.Е., Бобелева О.В. Моделирование накопления дефектов и повреждаемости в процессе пластической деформации и при аккомодации мартенсита в сплавах с памятью формы // Материаловедение, 2006. №12.С.2-5.

118. Волков А.Е. Микроструктурное моделирование деформации сплавов при повторяющихся мартенситных превращениях // Изд. Академии Наук, сер.Физическая, 2002, том 66, №9, с. 1290-1297.

119. Khusainov М.А., Belyakov V.N. Properties of form memory in incomplete interval of martensite transformations // Первый Российский Академический семинар. Санкт-Петербург, том.1, 1995, с. 115-125.

120. Андреев В.А., Афанасьев К.В., Михайлов А.Г., Хусаинов М.А. // Методика механического деформирования псевдоупругих сплавов TiNi. ЗМНТК-2005, Ульяновск, 2005. С. 184-188.

121. Макарова Н.В., Трофимов В.Я. Статистика в Excel. М., Финансы и статистика, 2003. 220 с.