автореферат диссертации по металлургии, 05.16.01, диссертация на тему:Структура и механические свойства нанокристаллических сплавов TiNi

На правах рукописи

ЛУКЬЯНОВ АЛЕКСАНДР ВЛАДИМИРОВИЧ

СТРУКТУРА И МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА НАНОКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ СПЛАВОВ Т1№

Специальность 05.16.01 - Металловедение и термическая обработка металлов и сплавов

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

УФА - 2013

005058955

005058955

Работа выполнена в Научно-исследовательском институте физики перспективных материалов научно-исследовательской части ФГБОУ ВПО «Уфимский государственный авиационный технический университет»

Научный руководитель Заслуженный деятель науки РФ и РБ,

доктор физико-математических наук, профессор Валиев Руслан Зуфарович

Официальные оппоненты: Корзников Александр Вениаминович доктор

технических наук, Федеральное государственное бюджетное учреждение науки «Институт проблем сверхпластичности металлов Российской академии наук», ведущий научный сотрудник.

Завалищин Александр Николаевич, доктор технических наук, доцент Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова», профессор.

Ведущая организация Федеральное государственное автономное

образовательное учреждение высшего профессионального образования «Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС».

Защита состоится «23» мая 2013 года в 15.00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.111.05 на базе ФГБОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова», 455000, г. Магнитогорск, пр. Ленина, 38, МГТУ, малый актовый зал.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова».

Автореферат разослан: » апреля 2013 года.

Ученый секретарь , ,

диссертационного совета оЛ&Х-У'— Полякова Марина Андреевна

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность.

Сплавы на основе TiNi относятся к особому классу материалов с эффектом памяти формы (ЭПФ), который обусловлен термоупругими мартенситными превращениями, и широко используются в качестве конструкционных и функциональных материалов (работы Гюнтера В.Э., Прокошкина С.Д., Путина В.Г. и др.). Проблема повышения эксплуатационных характеристик устройств, имеющих элементы, изготовленные из материалов с ЭПФ, всегда остается актуальной. Это особенно важно в медицине, авиации, космической технике, где необходимо обеспечение повышенной надежности изделий при их минимальных размерах и сечениях. Известно, что решить задачу повышения прочностных свойств материалов позволяет измельчение зерна. В случае сплавов TiNi измельчение зерна позволит существенно повысить механические свойства, в частности предел текучести, что приведет к повышению такой важной характеристики ЭПФ, как реактивное напряжение а?"*.

В настоящее время в физическом материаловедении сформировалось новое научное направление, связанное с получением ультрамелкозернистых (УМЗ) и нанокристаллических (НК) металлов и сплавов методами интенсивной пластической деформации (ИПД) (Валиев Р.З., Александров И.В. Объемные наноструктурные материалы: получение, структура и свойства. М.: ИКЦ «Академкнига», 2007. 398 е.). Предыдущие работы показали, что формирование УМЗ структуры с размером зерна (J) около 300 нм в сплавах TiNi методом равноканального углового прессования (РКУП) позволяют существенно улучшить весь комплекс их физико-механических и эксплуатационных свойств: прочность, предел текучести, эффекты памяти формы (Валиев Р.З., Столяров В.В., Пущин В.Г., Прокошкин С.Д., Дударев Е.Ф., Колобов

Ю.Р. и др.). Можно предположить, что формирование НК состояния в сплавах TiNi

тах

позволит дополнительно повысить прочность, предел текучести и о> по сравнению с достигнутыми ранее значениями. Тем не менее, путем РКУП достигнуть НК структуры в этих сплавах не удавалось. Термомеханической обработкой (ТМО) прокаткой удалось сформировать структуру сплавов TiNi с размерами субзёрен в несколько десятков нанометров и тем самым значительно повысить характеристики ЭПФ. Однако сформировать НК структуру с размером зерен менее 50 нм и большеугловыми границами данная ТМО не позволила.

Нанокристаллическое и даже аморфное состояние в сплавах TiNi были сформированы методом интенсивной пластической деформации кручением (ИПДК) (Татьянин Е.В., Гундеров Д.В., Пущин В.Г, Прокошкин С.Д., Столяров В.В., и др), но в указанных работах использовались традиционные режимы ИПДК, и были получены лишь малые дисковые образцы (диаметром до 10 мм и толщиной не более 0,3 мм). Малый размер образцов не позволил ранее провести всесторонние исследования механических свойств и деформационного поведения НК сплавов TiNi.

В ИФПМ УГАТУ была создана оригинальная установка ИПДК, обеспечивающая получение образцов большего размера: диаметром 20 мм и толщиной до 1 мм. Использование образцов таких размеров позволяет выполнить

комплексные исследования механических характеристик сплавов ИМ с нанокристаллическим размером зерен (от 100 до 10 - 20 нм), установить взаимосвязь параметров НК структуры со свойствами, что представляет значимый научный и практический интерес для разработки в дальнейшем материалов с повышенными эксплуатационными характеристиками.

Для производства различных изделий из Тл№ требуются полуфабрикаты в виде лент и прутков, получение которых методом ИПДК невозможно. Изготовление подобных полуфабрикатов НК ТМ может осуществляться путем применения комбинированных методов ИПД таких, как равноканальное угловое прессование (РКУП) с последующей холодной прокаткой, либо с использованием высокопроизводительного метода РКУП - «Конформ» (РКУП-К). Ранее данные подходы были успешно использованы, в частности, для получения длинномерных НК и УМЗ прутков технически чистого "П (Валиев Р.З., Рааб Г.И. и др), однако к сплавам И№ они не применялись.

Таким образом, целью настоящей работы явилось установление взаимосвязи механических свойств сплавов ТМ с параметрами Ж структуры, сформированной ИПД, и разработка методов получения НК 'ПЬМ сплавов для их практического применения.

Для достижения поставленной цели в работе решали следующие основные задачи:

1. Установление режимов получения образцов сплавов ИМ! с различным

размером зерен в НК - диапазоне методом ИПДК и последующих отжигов.

2. Изучение механических характеристик и деформационного поведения НК

сплавов "П№.

3. Получение и исследование НК и УМЗ заготовок сплава "П№ с использованием

комбинации РКУП и холодной прокатки, а также метода РКУП-«Конформ».

Научная новизна работы:

1. Впервые подробно исследовано деформационное поведение сплавов ТЕ№ с различным средним размером зёрен от 20 до 300 нм. Показано, что хотя при деформации сплавы Т1№ находятся в мартенситном состоянии, однако их предел текучести определяется размером аустенитного зерна при (I более 20 нм по зависимости Холла - Петча.

2. Показано, что в диапазоне размеров зерен от 20 до 300 нм напряжение деформационно-индуцированного мартенситного превращения зависит от размера зерен по закону а~1/с1. При уменьшении размера зерна менее 20 нм деформационно-индуцированное превращение блокируется.

3. При повышении температуры деформации до 400°С сплав Т£№ в НК состоянии имеет значения прочности (ав>1100 МПа) и пластичности значительно выше, чем сплав в крупнозернистом и ультрамелкозернистом состояниях. Снижение скорости деформации с 10"3 до 10"4 с"1 при температуре 400°С приводит к снижению предела текучести более чем в 2 раза и снижению пластичности.

Практическая значимость работы:

Использование методов ИПД позволило получить сплавы "П№ с НК структурой, обладающие повышенными механическими характеристиками. Применение комбинации РКУП и прокатки, а также метода РКУП-К для

формирования в сплавах TiNi НК и УМЗ структуры обеспечивает возможность получения болынеразмерных заготовок с повышенными прочностными свойствами и характеристиками ЭПФ, что перспективно для практических применений. Из полученного УМЗ сплава TiNi изготовлены опытные образцы дентальных имплантатов с ЭПФ.

Положения, выносимые на защиту:

1. Режимы получения образцов 0 20 мм сплавов TiNi с различным размером зёрен в НК диапазоне методом ИГГДК с последующими отжигами.

2. В сплаве Ti49>4Ni5o,6 в аморфизированном и НК состоянии с размером зёрен d < 20 нм наблюдаются высокие значения предела прочности (более 2000 МПа) при малой пластичности. С увеличением размера аустенитного зерна пластичность сплавов повышается, а предел текучести уменьшается в диапазоне размеров зерен от 20 нм до 60 мкм в соответствии с зависимостью Холла - Петча.

3. Показано, что нанокристаллические сплавы TiNi при повышенных температурах деформации растяжением (400 и 500°С) демонстрируют высокую прочность при одновременно более высокой пластичности по сравнению с материалом в крупнозернистом и ультрамелкозернистом состоянии, что свидетельствует об активизации зернограничного проскальзывания в нанокристалических образцах при повышенных температурах.

4. Определены и исследованы параметры комбинированной обработки, включающей РКУП и холодную прокатку (РКУП+ХП), позволившие получать заготовки - полосы сплавов TiNi с НК структурой. Показано, что эволюция структуры и механических свойств при отжиге сплава TiNi, подвергнутого РКУП+ХП, аналогична изменениям, происходящим в сплаве после ИПДК.

Личный вклад.

Основные результаты, изложенные в диссертации, получены лично автором. Автор принимал непосредственное участие в постановке задач исследований, проведении экспериментальных исследований, интерпретации полученных результатов, формулировке основных положений, выводов, написании статей. Часть структурных исследований была выполнена автором в ИФМ УрО РАН совместно с д.ф.-м.н. В.Г. Путиным (г. Екатеринбург). Характеристики ЭПФ определяли в МИСиС совместно с д.ф.-м.н. С.Д. Прокошкиным (г. Москва).

Апробация.

Материалы настоящей диссертации докладывались на следующих российских и международных конференциях: Первая международная школа «Физическое материаловедение», Тольятти, ТТУ, 2004 г.; «Проблемы современного машиностроения», Уфа, УГАТУ, 2004 г.; IV региональная школа - конференция для студентов, аспирантов и молодых ученых по математике и физике, посвященная 95 -летию БашГУ, Уфа, 2004 г.; XVIII Уральская школа материаловедов - термистов «Актуальные проблемы физического материаловедения сталей и сплавов», Тольятти, 2006 г.; VI региональная школа-конференция для студентов, аспирантов и молодых ученых по математике, физике и химии, Уфа, БашГУ, 2006 г.; VII международная научно-техническая конференция «Уральская школа-семинар металловедов-молодых ученых», Екатеринбург, 2006 г.; «Наноматериалы технического и медицинского назначения», Тольятти, 2007 г.; E-MRS 2007 «Fall

Meeting», Варшава (Poland) 2007 г.; «Nanomaterials: microstructural and mechanical characterizations, simulations», University of Rouen (Франция), 2008 г.; XIX Уральская школа металловедов-термистов: «Актуальные проблемы физического металловедения сталей и сплавов», Екатеринбург, 2008 г.; «Atomic transport in bulk nanostructured materials and related unique properties», Rouen (Франция), 2010 г.; Школа - конференция «Ультрамелкозернистые и наноструктурные материалы», Уфа, 2010 г.; «Bulk Nanostructured Materials: from fundamentals to innovations», Уфа, 2007, 2009, 2011 гг.; XXI Уральская школа металловедов-термистов «Актуальные проблемы физического металловедения сталей и сплавов», Магнитогорск, 2012 г.; Международный симпозиум «Металлы 2012», г. Брно (Чехия), 2012 г.

Работа проводилась в рамках выполнения Федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009 - 2013 гг., мероприятие № 1.3.2 «Проведение научных исследований целевыми аспирантами», гос. контракт № П2165 проект «Разработка научных основ создания наноструктурного сплава TiNi с повышенными механическими свойствами путем его обработки методом интенсивной пластической деформации»; государственных контрактов №16.523.12.3002 № 11.519.11.3016 ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2012 г.г.»; проекты РФФИ 09-08-00747-а, 10-03-00847-а, 10-08-97012-р_поволжье_а, 08-02-91955-ННИО_а, 07-02-92180-НЦНИ_а, 10-02-91175-ГФЕН_а.

Публикации. Основное содержание диссертации отражено в 17 статьях, из них 10 публикаций в изданиях, входящих в перечень ВАК, подана одна заявка на патент РФ (№2012148447 от 14.11.2012).

Структура и объем диссертации. Содержание диссертационной работы изложено в 5 главах на 124 страницах, содержит 64 рисунка, 18 таблиц и список из 93 цитируемых источников. Работа выполнена при научной и методической консультации д.ф.-м.н. Д. В. Гундерова.

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, сформулирована цель и основные задачи исследований, отражена научная новизна и практическая значимость работы, а также перечислены основные результаты и положения, выносимые на защиту.

В первой главе представлен обзор литературы о сплавах TiNi, их кристаллическом строении, особенностях структуры и фазовых превращениях, механических и функциональных свойствах. Особое внимание уделено данным других авторов по влиянию ИПД на структуру и свойства сплавов TiNi.

Во второй главе представлены материалы исследований, описаны методики и оборудование, используемые при решении поставленных задач. В качестве объектов исследований были выбраны два сплава - Ti49i8Ni5o,2 и TLjg^iso.e, обогащенные Ni, и один сплав Ti50j2Ni49;8, обогащенный Ti. Сплавы, обогащенные Ni, имеют температуры мартенситных превращений, близкие к температуре тела человека (в Ti49,8Ni50,2 М„ = 20°С, Ак = 50°С, а в TMs.iNiso.e Мя = 11°С, Ак = 42°С), и относятся к

классу медицинских. Сплав Tiso^NL^e при комнатной температуре имеет структуру В19' мартенсита (М„ = 73°С, Ак = 100°С). Сплав TUs^iso.e производства США («Intrinsic Devices», г. Сан-Франциско), отличающийся высокой химической чистотой был использован как модельный материал для отработки режимов ИПДК, формирования НК структуры и систематического изучения механических свойств НК TiNi. Более дешевый сплав Ti49i8Ni5o,2 производства ЗАО «Промышленный центр МАТЭКС», г. Москва, был использован для отработки методик получения лент и прутков путем комбинированной ИПД-обработки и РКУП-К. Также для сравнения со сплавом Ti494Ni5o,6 и определения влияния химического состава на структурно-фазовые превращения при ИПДК и отжигах был использован сплав Tiso^NL»^.

Образцы аморфизированного и НК TiNi диаметром 20 мм и толщиной 0,7 мм для исследований механических свойств получали ИПДК в условиях квазигидростатического давления (6 ГПа) с числом оборотов (п) от 1 до 7 на установке «СКРУДЖ-200» (ИФПМ УГАТУ, Уфа). Исследования микроструктуры проводили на световом микроскопе Olympus GX51 и на просвечивающих электронных микроскопах (ПЭМ) JEOL-2100 в ИФПМ УГАТУ и JEM-200CX в ИФМ УрО РАН с ускоряющим напряжением 200 кВ.

Средний размер зерен и субзерен и их распределение по размерам определяли по светло - и темнопольным изображениям не менее 300 зерен. Абсолютная ошибка измерений не превышала 5% с доверительной вероятностью Р = 0,95. Фольги для ПЭМ вырезали из центральной части, половины радиуса 0,5R (область диска на расстоянии 5 мм от центра) и краевой части 0,9R (область диска на расстоянии 9 мм от центра) образцов-дисков.

Микротвердость Hv определяли на приборе Buehler «Micromet 5101». Механические испытания на растяжение проводили на специализированной машине, разработанной в ИФПМ УГАТУ, на плоских образцах с рабочим сечением 0,25x1,0 мм и расчетной базой 3 мм при комнатной и повышенных (до 500°С) температурах. Скорость деформации варьировали от 10"4 до 10~3 с"1. Использование данной методики позволило получить сравнительные данные для оценки механических свойств сплавов TiNi во всем диапазоне структурных состояний - от КЗ до НК и аморфного. Данные по механическим свойствам КЗ и РКУП сплавов TiNi, полученные при испытаниях на малых образцах, в целом совпадают с данными испытаний на стандартных образцах диаметром 3 мм с базой 15 мм (ГОСТ 1497-84).

Третья глава посвящена исследованию микроструктуры образцов, полученных ИПДК и отжигами для формирования структуры с различным размером зерна в НК диапазоне с целью последующего изучения механических свойств. В исходном крупнозернистом (КЗ) состоянии после закалки сплав Ti494Ni5o,6 имел структуру аустенита с размером зерна около 60 мкм. При последующем ИПДК с п = 1 и 3 в образцах сплава ^^Niso.e формируется сильно измельченная неоднородная полосовая структура (рис.1, а, б). При п = 5 и 7 формируется аморфно-нанокристаллическая структура, в которой области с кристаллической фазой (рис. 1, в, г) чередуются с областями аморфной фазы, где доля НК В2 - фазы невысока. После ИПДК п = 7 в отдельных участках наблюдаются практически полностью аморфные области с хаотично распределенными НК зернами В2 фазы размером

при температуре 400°С в течение 5 часов, 10 часов и 144 часа (6 суток) размер зёрен составил 50, 75 и 150 нм соответственно (рис. 3). Таким образом, можно заключить, что, варьируя температуру или время отжига после ИПДК, в сплаве Ti49|4Ni5o,6 можно сформировать НК и УМЗ состояния с различным средним размером зёрен.

Рис. 3. Микроструктура сплава Т149.4№5о,б, после ИПДК (Р = 6 ГПа, п = 5) и отжига при 400°С: а) 5 часов; б) 10 часов; в) 144 часа (6 суток)

Исследования методами Г1ЭМ и измерения микротвердости по диаметру образцов - дисков и по толщине показали, что после ИПДК п = 5 и 7 оборотов, а также последующих отжигов в областях от 0,9R (краевая область диска на расстоянии 9 мм от центра) до 0,5R (область диска на расстоянии 5 мм от центра) формируется достаточно однородная структура. Дальнейшие исследования механических характеристик проводили на образцах, вырезанных из этой области.

Для сопоставления структурных превращений при ИПДК в сплавах TiNi различного состава была дополнительно исследована эволюция структуры в сплаве Ti5o>2Ni49j8. Данный сплав отличается от Ti49>4Ni50,6 содержанием Ni относительно стехиометрии. При комнатной температуре сплав Tiso^Ni^g имеет структуру В19' мартенсита. В образцах сплава Tiso^Ni^g в результате ИПДК также формируется аморфно-нанокристаллическая структура, как и в сплаве Ti^Niso^- Однако при отжигах ИПДК образцов Ti5o,2Ni49,8 при 400°С 1 час средний размер зерен возрастает до 150 нм (рис. 4), что почти в 5 раз больше, чем при аналогичной обработке сплава Tu^Niso/,. Увеличение длительности отжига при 400°С Tis^Niis^ приводит к дальнейшему росту зёрен (рис. 5).

Время отжига при Т=400С, мин.

Рис. 5. Влияние длительности отжига при 400°С на размер зерен сплавов ТЦд^М.зд.б и Т15о,2№49,8 после ИПДК (Р = 6 ГПа, п = 5)

Рис. 4. Микроструктура сплава Ti5o.2Ni49,8 после ИПДК (Р - 6 ГПа, п = 5) и отжига 400°С 1 час

температуре является необычной для УМЗ материалов. Анализ полученных данных показывает, что предел текучести ат в диапазоне размеров зерен от 60 мкм до 20 нм хорошо описывается зависимостью, соответствующей соотношению Холла - Петча: <тх = ао+Ку-сГ1'2 (при Ку = 6862,3 МПа-нм0'5), которая на (рис. 6, б) представлена в виде сплошной линии. При уменьшении зерна менее 20 нм и формировании аморфно-нанокристаллической структуры существенного роста аг не наблюдается.

N=5, А+НК

N■=5+4000 20

20 нм

N=5+4500 20 мин, 50 нм N=5+5000 1 час, 100

N=5+5500 1 час, 300 нм

1505

70 нм 320 нм

0.15 ил 0,25 О'1", км'"'

Деформация, %

Рис. 6. а) Кривые «напряжение - деформация» сплава Т149;4№5о,б с различным размером зерен (ИПДК п = 5 и отжиг при 400°С - 550°С, ) час.); б) Зависимость Холла - Петча для сплава ¡зо,б

Необходимо отметить, что при деформации в сплаве Т1494№5о,б происходит фазовое превращение аустенитной фазы В2 в мартенситную В19', и, соответственно, по достижению ат пластическая деформация в ГП№ происходит уже в мартенситной фазе В19'. В то же время данные о размерах зерен, отложенные на оси абсцисс, были получены методами ПЭМ для аустенитной В 2 фазы. Тем не менее, как видно из рисунка 6.6, предел текучести ат определяется размером аустенитных зерен по зависимости Холла - Петча. Это можно объяснить тем, что при мартснситном превращении под нагрузкой происходит переориентация мартенсита по направлению деформации и его монодоменизация в границах

бывших аустенитных зерен, и тогда длина пробега дислокации ограничивается размером зерен бывшей В2-фазы.

Основываясь на результатах механических испытаний НК сплава Т1'49.4№зо,6, была установлена зависимость напряжения фазового предела текучести см от размера Ч 0.0, 0,02 0.03 0,04 0,05 о.об о,»7 зерен в НК диапазоне, которая

им_, определяется соотношением стм~</ .

Рис. 7. Зависимость напряжения (рис. 7). Значения напряжения ам деформационно-индуцированного (определяемые по перегибу на

мартенситного превращения ам и 5М сплава начальном участке кривых сг(е)) при адкб в диапазоне от 20 до 300 нм размере зерен около 20 нм

Рис. 12. Микроструктура (продольное сечение) (а) и условные кривые «напряжение - деформация» (б) сплава Tu^gNisoA подвергнутого РКУП-К

В работах Прокошкина С.Д. и др. в сплаве Tl^Nijoj (близкий аналог сплава TL^Niso^) после холодной прокатки се— 1,7 и отжигов была сформирована НК структура с d = 50 нм и достигнуто Ла к 1400 МПа. При этом значение максимального реактивного напряжения стгтах так же составило »1400 МПа. Это показывает верность соотношения стгшах« Ла, где Ла = <тг - ег„ и при формировании НК структуры. В настоящей работе по экспериментально полученным значениям ат и ам, соответствующим структурным состояниям сплавов TL^gNiso^ и I^^Niso.e с размером зерен в НК диапазоне от 15 до 300 нм, были определены параметры Ла (рис.13). В сплаве TL^^Niso.e максимальные значения А а ~ 1610 МПа достигаются при формировании структуры с размером зерен 20 нм (рис. 13). Отсюда в сплаве Ti49)4Ni5o,6 с размером зерен 20 нм можно ожидать и максимальные значения агшах около 1500 МПа.

В настоящей работе методом РКУП (п = 8 проходов при Т = 450°С) были получены прутки УМЗ сплава TiNi (с размером зерен 300 нм), из которых ООО «Инновационный стоматологический центр «Нано-Дент» (г. Москва) изготовил и апробировал опытные дентальные имплантаты с ЭПФ, предназначенные для замещения дефектов зубных рядов с учетом индивидуальных особенностей челюстной кости пациента (рис.14).

1Й00

1600

1400

1200

Р 1000 S

е' SCO < ¿00

Размер зерен, им

щ ■

iHH

штт

Рис.13. Зависимость До от размера Рис.14. Фотография стоматологического зерна НК сплава TX-i^Nisox, имплантата из УМЗ Ti49 8Ni5o.2

Имплантат имеет внутрикостную часть, которая перед имплантацией в охлажденном мартенситном состоянии имеет форму прямого стержня диаметром

3,5 мм и разделена на четыре равные части - «ножки», соединенные у головки имплантата. После имплантации и нагрева до температуры тела человека «ножки» стремятся вернуться в исходное положение, прочно закрепляясь в костной ткани. Применение УМЗ 'П№ за счет его большей прочности позволило уменьшить сечения несущих элементов имплантатов с сохранением их надежности, что в свою очередь позволило уменьшить вес имплантатов и снизить травматичность операций.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1. Определены режимы ИПД кручением и отжигов, позволяющие получать образцы сплавов Т1"№ 020 мм и толщиной 0,7 мм с различным средним размером зерен в НК диапазоне от 20 до 300 нм. Установлено, что в образах - дисках после ИПДК с п>5 и отжигов в области от края до Ух К формируется однородная НК структура. Параметры полученных образцов позволили провести систематические исследования механических свойств ТОА с различным размером НК зёрен.

2. Показано, что в результате ИПДК и формирования аморфно-нанокристаллической структуры в сплавах 'П№ предел прочности ав увеличивается вдвое, а предел текучести ст — более чем втрое и превышает 2000 МПа. После отжига и формирования зерен с с! «20 нм прочность ИПДК - образцов заметно не снижается, однако пластичность остается низкой. Увеличение размера зерен при последующих отжигах привело к закономерному снижению прочности и росту пластичности. Хотя сплав по достижению сгт находится в мартенситном состоянии, зависимость предела текучести ст, от размера аустенитного зерна до с! «20 нм соответствует зависимости Холла-Петча.

3. Изучена зависимость напряжения деформационно-индуцированного мартенситного превращения ом от размера НК зерен. Показано, что ам изменяется по закону см ~ (Iх при уменьшении й от 300 до 15 нм. При снижении размеров зерен менее 15 нм и достижении аморфизированного состояния деформационно-индуцированное мартенситное превращение блокируется.

4. В процессе растяжения при повышенных температурах (400 - 500°С) сплав ТМ в НК состоянии проявляет заметно более высокую прочность и пластичность, чем в КЗ и УМЗ состоянии, что указывает на возможную реализацию зернограничного проскальзывания в НК ТМ.

5. Показано, что комбинированный метод ИПД путем РКУП и холодной прокатки позволяет аморфизировать сплав Тц9>8Ы15о^, а последующими отжигами сформировать НК состояния с повышенными значениями прочности и предела текучести. Эволюция микроструктуры и механических свойств аналогична той, что протекает в сплаве Тй9,4№5о,б после ИПДК и отжигов.

6. Впервые к сплавам Т1№ (на примере сплава Т149,8№5о,2) применен метод РКУП-К. Получены цельные заготовки с измельченной полигонизованной структурой, в результате предел текучести увеличился почти на 50%, по сравнению с исходным состоянием.

Основное содержание диссертации изложено в следующих работах:

1. Gunderov, D.V. Mechanical properties of the nanocrystalline Ti49 4Ni5o 6 alloy, produced by High Pressure Torsion Z D.V. Gunderov, A.V. Lukyanov, E.A. Prokofiev, V.G. Pushin ZZ Eur. Phys. J. 2008. V. 158. pp. 53-58. (издание из перечня ВАК)

2. Куранова, Н.Н. Аморфизация объемных сплавов на основе никелида титана методом интенсивной пластической деформации кручением Z Н.Н. Куранова, В.В. Макаров, В.Г. Пушин, А.Н. Уксусников, Р.З. Валиев, Д.В. Гундеров, А.В. Лукьянов, Е.А. Прокофьев ZZ Известия Российской академии наук. Серия физическая. 2009. Т.73. С. 1179-1181. (издание из перечня ВАК)

3. Gunderov, D.V. Mechanical properties and martensitic transformations in the nanocrystalline Ti494Ni5o 6 alloy produced by high pressure torsion Z D.V. Gunderov, A.V. Lukyanov, E.A. Prokofiev, A.R. Kilmametov, V.G. Pushin, R.Z. Valiev ZZ Materials Science and Engineering. 2009. A 503. pp. 75-77. (издание из перечня ВАК)

4. Гундеров, Д.В. Применение интенсивной пластической деформации кручением для формирования аморфного и нанокристаллического состояния в большеразмерных образцах сплава TiNi Z Д.В. Гундеров, Н.Н. Куранова, А.В. Лукьянов, А.Н. Уксусников, Е.А. Прокофьев, Л.И. Юрченко, Р.З. Валиев, В.Г. Пушин ZZ Физика металлов и металловедение. 2009. Т.108. С. 139-146. (издание из перечня ВАК)

5. Валиев, Р.З. Изучение влияния термообработки на формирование наноструктурного состояния в объемных сплавах никелида титана, подвергнутых ИПД Z Д.В. Гундеров, А.В. Лукьянов, Е.А. Прокофьев, Н.Н. Куранова, В.В. Макаров, В.Г. Пушин, А.Н. Уксусников ZZ Известия Российской академии наук. Сепия физическая. 2009. Т.73. № 11. С. 1616-1619. (издание из перечня ВАК)

6. Куранова, Н.Н. Влияние термообработки на структурные и фазовые превращения и механические свойства сплава TiNi, подвергнутого интенсивной пластической деформации кручением Z Д.В. Гундеров, А.Н. Уксусников, А.В. Лукьянов, Л.И. Юрченко, Е.А. Прокофьев, В.Г. Пушин, Р.З. Валиев ZZ Физика металлов и металловедение. 2009. Т.108. №6. С. 589-601. (издание из перечня ВАК)

7. Valiev, R. Z. Mechanical behavior of nanocrystalline TiNi alloy produced by SPD Z R.Z. Valiev, D.V. Gunderov, A.V. Lukyanov, V.G. Pushin ZZ Journal of Materials Science. - 2012. V. 47. Issue 22. pp. 7848-7853. (издание из перечня ВАК)

8. Гундеров, Д.В. Исследование природы высокой прочности и пластичности УМЗ сплава TiNi, полученного РКУП Z Д.В. Гундеров, В.Г. Пушин, Е.А. Прокофьев, А.В. Лукьянов, А.В. Поляков, А.Н. Уксусников, Р.З. Валиев ZZ Физика и техника высоких давлений. 2007. Т.17. № 2. С. 41-44.

9. Гундеров, Д.В. Структура и свойства сплава TiNi, подвергнутого равно-канальному угловому прессованию по схеме Conform Z Д.В. Гундеров, Е.А. Прокофьев, А.В. Лукьянов, Г.И. Рааб, А.В. Коротицкий, В. Браиловский, С.Д. Прокошкин ZZ Материаловедение. 2009. №8. С. 45-48. (издание из перечня ВАК)

10. Gunderov, D.V. Structure and properties of aging and nonaging alloys Ti49,4Ni5o,6 and Ti50 2Ni49>8 subjected to high pressure torsion Z D.V. Gunderov, N.N. Kuranova, A.B. Lukyanov, V.V. Makarov, E.A. Prokofiev, V.G. Pushin И Rev.Adv.Mater.Sci. 2010. V. 25. pp. 58 - 66. (издание из перечня ВАК)

11. Лукьянов, А.В. Деформационное поведение нанокристаллического сплава Ti49.4Ni5o;61 А.В. Лукьянов, Д.В. Гундеров, А.А. Чуракова ZZ Современные проблемы науки и образования. 2012. № 6. URL: www.science-education.ruZ106-7820. (издание из перечня ВАК)

12. Гундеров, Д.В. Наноструктурные сплавы TiNi с эффектом памяти формы для перспективных применений Z Д.В. Гундеров, А.В. Лукьянов, Р.З. Валиев ZZ Сборник «Нефтегазовые технологии и новые материалы - проблемы и решения». Вып. 1. Уфа: ООО «Монография». 2012. С. 287 - 295.

13. Гундеров, Д.В. Уникальная разработка уфимских ученых Высокопрочный наноструктурный титан для имплантатов Z Д.В. Гундеров, Р.З. Валиев, Г.И. Рааб, И.П. Семенова, А.В. Поляков, А.В. Лукьянов ZZ Сборник «Нефтегазовые технологии и новые материалы - проблемы и решения». Вып. 1. Уфа: ООО «Монография». 2012. С. 276-286.

14. Lukyanov, A.V. Peculiarities of the mechanical behavior of ultrafinegrained and nanocrystalline Ti494Ni506 alloy produced by severe plastic deformation Z A.V. Lukyanov, E.A. Prokofiev, Gunderov D.V. ZZ Conference Proceeding Metal 2012, Ostrava: «Tanger Ltd.». 2012. pp. 1335- 1341.

15. Гундеров, Д.В. Формирование структуры и свойств сплава TiNi при воздействии теплой интенсивной пластической деформации кручением Z Д.В. Гундеров, А.В. Лукьянов, Е.А. Прокофьев ZZ Физика и техника высоких давлений. 2008. Том 18. № 4. С. 143 -146.

16. Prokofiev, Egor. Mechanical behavior and stress-induced martensitic transformation in nanocrystalline Ti49 4Nisoe alloy Z Egor. Prokofiev, Dmitry Gunderov, Alexandr Lukyanov, Vladimir Pushin, Ruslan Valiev ZZ Mater. Sci. Forum. 2008. V. 584-586. pp. 470 - 474.

17. Gunderov, Dmitry. Microstructure and mechanical properties of the SPD-processed TiNi alloys Z Dmitry Gunderov, Aleksandr Lukyanov, Egor Prokofiev, Anna Churakova, Vladimir Pushin, Sergey Prokoshkin, Vladimir Stolyarov, Ruslan Valiev ZZ Materials Science Forum. 2013. V. 738-739. pp. 486-490.

18. Заявка на патент №2012148447 МПК C22F1Z18 Наноструктурный сплав титан-никель с эффектом памяти формы и способ получения прутка из него Z Гундеров Д.В., Салимгареев Х.Ш., Рааб Г.И., Жариков А.И, Лукьянов А.В. Z Зарегистрирован в Гос. реестре изобретений РФ 14.11.2012.

Подписано в печать 19/04/13. Формат 60x84 1/16. Бумага офсетная. Печать ризографическая. Тираж 130 экз. Заказ 924 . Гарнитура «ТштеБМелуКотап». Отпечатано в типографии «ПЕЧАТНЫЙ ДОММЪ» ИП ВЕРКО. Объем 1 п.л. Уфа, Карла Маркса 12 корп. 4. т/ф: 8(347) 27-27-600,27-29-123

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АВИАЦИОННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

На правах рукописи

Структура и механические свойства нанокристаллических сплавов ИМ

05.16.01 — Металловедение и термическая обработка металлов и сплавов

ДИССЕРТАЦИЯ

на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель - профессор, доктор физико-математических наук Валиев Руслан Зуфарович

УФА-2013

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение..............................................................................................................................................................................4

Глава 1. Обзор литературы............................................................................................................................10

1.1 Структура и фазовые превращения в сплавах ТТ№............................................................10

1.2 Особенности деформационного поведения сплавов ТТ№............................................13

1.3 Получение ультрамелкозернистых сплавов Тл№ методами интенсивной пластической деформации..................................................................................................................................16

1.4 Использование комбинированной ИПД-обработки и РКУП-«Конформ»

для получения полуфабрикатов с УМЗ структурой................................................................25

1.5 Практическое применение сплавов ТТ№......................................................................................27

1.6 Постановка задач исследования............................................................................................................32

Глава 2. Материал и методы исследования..................................................................................33

2.1 Сплавы системы Тл№, выбранные для исследования......................................................33

2.2 Проведение термической обработки сплавов Т1№..............................................................36

2.3 Методы интенсивной пластической деформации................................................................................36

2.3.1 Метод интенсивной пластической деформации кручением

под высоким квазигидростатическим давлением..........................................................................36

2.3.2 Метод равноканального углового прессования и его модификации..............39

2.3.3 Комбинированные методы интенсивной пластической деформации............40

2.4 Методы исследования структуры и механических свойств сплавов ТТ№.. 40

2.4.1 Методика металлографических исследований..................................................................40

2.4.2 Рентгеноструктурный анализ............................................................................................................41

2.4.3 Методика просвечивающей электронной микроскопии............................................41

2.4.4 Методы измерения микротвердости и проведения

механических испытаний на растяжение..............................................................................................42

Глава 3. Особенности формирования НК структуры в сплавах ТШь

подвергнутых интенсивной пластической деформации кручением..................44

3.1 Влияние степени интенсивной пластической деформации кручением и

отжигов на эволюцию микроструктуры в сплаве Тцс^Мзо^................................................44

3.2 Влияние интенсивной пластической деформации кручением и

отжигов на эволюцию микроструктуры в сплаве Ti5o,2Ni49i8........................ 56

3.3 Однородность микроструктуры образцов TiNi, подвергнутых интенсивной пластической деформации кручением и последующим отжигам 60

3.4 Выводы по главе 3...................................................................... 65

Глава 4. Изучение механических свойств сплавов TiNi, полученных интенсивной пластической деформацией кручением........................... 67

4.1 Механические свойства НК сплава Ti49)4Ni5o,6 в аморфизированном и НК состояниях, полученных ИПДК и отжигом............................................ 67

4.2 Особенности механического поведения и структурные превращения при растяжении сплава Ti49;4Ni5o,6, в различных состояниях............................. 74

4.3 Влияние температуры и скорости деформации на механические свойства УМЗ и НК сплава Ti49j4Ni5o,6............................................................... 86

4.4 Выводы по главе 4...................................................................... 91

Глава 5. Применение комбинированной интенсивной пластической деформации и РКУП-«Конформ» для получения полуфабрикатов из сплавов TiNi с НК и УМЗ структурой................................................ 93

5.1 Структура и механические свойства сплава Ti49!8Ni5o,2, подвергнутого РКУП и холодной прокатке с различными степенями деформации............... 93

5.2 Применение метода РКУП - «Конформ» к сплавам TiNi....................... 102

5.3 Функциональные свойства и практическое применение НК и УМЗ сплавов TiNi, полученных методами интенсивной пластической деформации 105

5.4 Выводы по главе 5...................................................................... 109

Выводы по работе.......................................................................... 110

Список сокращений и условных обозначений..................................... 112

Список литературы........................................................................ 114

Приложение 125

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность. Сплавы на основе Тл№ относятся к особому классу материалов с эффектом памяти формы (ЭПФ), который обусловлен термоупругими мартенситными превращениями, и широко используются в качестве конструкционных и функциональных материалов [1-7]. Проблема повышения эксплуатационных характеристик устройств, имеющих элементы, изготовленные из материалов с ЭПФ, всегда остается актуальной. Это особенно важно в медицине, авиации, космической технике, где необходимо обеспечение повышенной надежности изделий при их минимальных размерах и сечениях. Известно, что решить задачу повышения прочностных свойств материалов позволяет измельчение зерна. В случае сплавов Тл№ измельчение зерна приводит также к повышению такой важной характеристики ЭПФ, как реактивное напряжение (<тгтах), поскольку последняя определяется пределом текучести [1].

В настоящее время в физическом материаловедении сформировалось новое научное направление, связанное с получением ультрамелкозернистых (УМЗ) и нанокристаллических (НК) металлов и сплавов методами интенсивной пластической деформации (ИПД) [8-12]. Предыдущие работы показали, что формирование УМЗ структуры с размером зерна (с1) около 300 нм в сплавах Т1№ методом равноканального углового прессования (РКУП) позволяют существенно улучшить весь комплекс их физико-механических и эксплуатационных свойств: прочность, предел текучести, эффекты памяти формы [13-21]. Можно было предполагать, что формирование НК состояния в сплавах ИМ позволит дополнительно повысить прочность, предел текучести и <ггтах по сравнению с достигнутыми ранее значениями. Тем не менее, путем РКУП достигнуть НК структуры не удавалось. Термомеханической обработкой (ТМО) прокаткой удалось сформировать структуру сплавов Т1№ с размерами субзёрен в несколько десятков нанометров и тем самым значительно повысить характеристики ЭПФ. Однако, сформировать НК структуру с размером зерен менее 50 нм и болыпеугловыми границами ТМО не позволила [22-28].

Нанокристаллическое и даже аморфное состояние в сплавах Тл№ были сформированы методом интенсивной пластической деформации кручением (ИПДК) [29-36], но в указанных работах использовались традиционные режимы ИПДК и были получены лишь малые дисковые образцы (диаметром до 10 мм и толщиной не более 0,3 мм). Малый размер образцов не позволил ранее провести всесторонние исследования механических свойств и деформационного поведения НК сплавов Тл№.

В ИФПМ УГАТУ была создана оригинальная установка ИПДК, обеспечивающая получение образцов большего размера: диаметром 20 мм и толщиной до 1 мм [36]. Использование образцов таких размеров позволяет выполнить комплексные исследования механических характеристик сплавов П№ с нанокристаллическим размером зерен (от 100 до 10 - 20 нм), установить взаимосвязь параметров НК структуры со свойствами, что представляет значимый научный и практический интерес для разработки в дальнейшем материалов с повышенными эксплуатационными характеристиками.

Для производства различных изделий из Тл№ требуются полуфабрикаты в виде лент и прутков, получение которых методом ИПДК невозможно. Изготовление подобных полуфабрикатов НК Т1№ может осуществляться путем применения комбинированных методов ИПД таких, как равноканальное угловое прессование (РКУП) с последующей холодной прокаткой, либо с использованием высокопроизводительного метода РКУП - «Конформ» (РКУП-К). Ранее данные подходы были успешно использованы в частности для получения длинномерных НК и УМЗ прутков технически чистого Тл [37-43], однако к сплавам ТТ№ они не применялись.

Таким образом, целью настоящей работы явилось установление взаимосвязи механических свойств сплавов ТТ№ с параметрами НК структуры, сформированной ИПД, и разработка подходов получения НК Тл№ сплавов для их практического применения.

Для достижения поставленной цели в работе решали следующие основные задачи:

1. Установление режимов получения образцов сплавов Тл№ с различным размером зерен в НК - диапазоне методом ИПДК и последующих отжигов.

2. Изучение деформационного поведения НК сплавов И№ с различным размером зерна.

3. Получение и исследование НК и УМЗ заготовок сплава Т1№ с использованием комбинации РКУП и холодной прокатки, а также метода РКУП-«Конформ».

Научная новизна работы:

1. Впервые подробно исследовано деформационное поведение НК сплавов Тл№ с различным средним размером зерен от 20 до 300 нм. Показано, что хотя при деформации сплавы Тл№ находятся в мартенситном состоянии, однако их предел текучести определяется размером аустенитного зерна с1 (при <1 более 20

1 /О

нм) соотношением сгт = ст0 + Ку ¿Г (зависимостью Холла - Петча).

2. Показано, что в НК диапазоне от 20 до 300 нм напряжение деформационно-индуцированного мартенситного превращения зависит от размера зерна по закону <5~1/с1. При уменьшении размера зерна менее 20 нм деформационно-индуцированное превращения блокируется.

3. При повышении температуры деформации до 400°С сплав ТТ№ в НК состоянии имеет значения прочности (Св>1100 МПа) и пластичности значительно выше, чем сплав в КЗ и УМЗ состояниях. Снижение скорости деформации с 10" до 10"4 с"1 при температуре 400°С приводит к снижению предела текучести более чем в 2 раза и снижению пластичности.

Практическая значимость работы: Использование методов ИПД позволило получить сплавы Тл№ с НК структурой, обладающие повышенными механическими характеристиками. Применение комбинации РКУП и прокатки, а также метода РКУП-К для формирования в сплавах Тл№ НК УМЗ структуры обеспечивает возможность получения болыперазмерных заготовок с повышенными прочностными свойствами и характеристиками ЭПФ, что перспективно для практических применений. Из полученного УМЗ сплава "ПМ изготовлены опытные образцы дентальных имплантатов с ЭПФ.

Положения, выносимые на защиту.

1. Разработаны режимы получения образцов 0 20 мм сплавов ТТ№ с различным размером зерна в НК диапазоне методом ИПДК с последующими отжигами.

2. В сплаве Тц^Мзо^ в аморфизированном и НК состоянии с размером зёрен ¿< 20 нм наблюдаются очень высокие значения предела прочности (более 2000 МПа) при малой пластичности. С увеличением размера аустенитного зерна пластичность сплавов повышается, а предел текучести уменьшается в соответствии с зависимостью Холла - Петча.

3. В процессе растяжения при температуре 400 и 500°С НК сплав Тл№ демонстрирует более высокую прочность и пластичность, по сравнению с материалом в КЗ и УМЗ состоянии, что свидетельствует об активизации зернограничного проскальзывания в нанокристалических образцах при повышенных температурах.

4. Определены и исследованы параметры комбинированной обработки, включающей РКУП и холодную прокатку (РКУП+ХП), позволившие получать заготовки - полосы сплавов Тл№ с НК структурой. Показано, что эволюция структуры и механических свойств при отжиге сплава ТТ№, подвергнутого РКУП+ХП, аналогична изменениям, происходящим в сплаве после ИПДК.

Личный вклад. Основные результаты, изложенные в диссертации, получены лично автором. Автор принимал непосредственное участие в постановке задач исследований, проведении экспериментальных исследований, интерпретации полученных результатов, формулировке основных положений, выводов, написании статей. Часть структурных исследований была выполнена автором в ИФМ УрО РАН совместно с д.ф.-м.н. В.Г. Пушиным (г. Екатеринбург). Характеристики ЭПФ определяли в МИСиС совместно с д.ф.-м.н. С.Д. Прокошкиным (г. Москва).

Апробация. Материалы настоящей диссертации докладывались на следующих российских и международных конференциях: Первая международная школа «Физическое материаловедение», Тольятти, 2004; «Проблемы

современного машиностроения», Уфа, УГАТУ, 2004; IV региональная школа -конференция для студентов, аспирантов и молодых ученых по математике и физике, посвященная 95 - летию БашГУ, Уфа, 2004; XVIII уральская школа материаловедов - термистов «Актуальные проблемы физического материаловедения сталей и сплавов», Тольятти, Россия, 2006; VI региональная школа-конференция для студентов, аспирантов и молодых ученых по математике, физике и химии, БашГУ, 2006; VII международная научно-техническая конференция «Уральская школа-семинар металловедов-молодых ученых», Екатеринбург, 2006; «Наноматериалы технического и медицинского назначения», Тольятти, 2007; E-MRS 2007 «Fall Meeting», Warsaw (Poland) 2007; «Nanomaterials: microstructural and mechanical characterizations, simulations», University of Rouen (Франция), 2008; XIX Уральская школа металловедов -термистов: «Актуальные проблемы физического металловедения сталей и сплавов», Екатеринбург, 2008; «Atomic transport in bulk nanostructured materials and related unique properties», 2010, Rouen (Франция), 2010; Школа - конференция «Ультрамелкозернистые и наноструктурные материалы», Уфа, 2010; «Bulk Nanostructured Materials: from fundamentals to innovations», Уфа, 2007, 2009, 2011 гг; XXI Уральская школа металловедов-термистов «Актуальные проблемы физического металловедения сталей и сплавов», Магнитогорск, 2012 г; Международный симпозиум «Металлы 2012», г. Брно (Чехия).

Работа проводилась в рамках выполнения Федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009 - 2013 гг., мероприятие № 1.3.2 «Проведение научных исследований целевыми аспирантами, гос. контракт № П2165 проект «Разработка научных основ создания наноструктурного сплава TiNi с повышенными механическими свойствами путем его обработки методом интенсивной пластической деформации»; государственных контрактов №16.523.12.3002 № 11.519.11.3016 ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2012 г.г.»; проекты РФФИ

09-08-00747-а, 10-03-00847-а, 10-08-97012-р_поволжье_а, 08-02-91955-ННИО_а, 07-02-92180-НЦНИ_а, 10-02-91175-ГФЕН_а.

Публикации. Основное содержание диссертации отражено в 17 статьях, из них 10 публикаций в изданиях, входящих в перечень ВАК, подана одна заявка на патент РФ (№2012148447 от 14.11.2012).

Структура и объем диссертации. Содержание диссертационной работы изложено в 5 главах на 128 страницах, содержит 64 рисунка, 18 таблиц, список из 93 цитируемых источников и 2 приложения. Работа выполнена при научной и методической консультации д.ф.- м.н. Д. В. Гундерова.

ГЛАВА 1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

В настоящей главе представлен обзор современных знаний о структуре и свойствах сплавов Т1М с эффектом памяти формы, а также о влиянии на них различных методов интенсивной пластической деформации (ИПД).

1.1 Структура и фазовые превращения в сплавах Т11Ч1

По результатам большого количества исследований было установлено, что интерметаллид Т1№ вблизи эквиатомного состава (50:50 ат. %) имеет в исходном высокотемпературном аустенитном состоянии атомно-упорядоченную структуру В2 типа СбС1 и является упорядоченным твердым раствором замещения (рисунок 1.1, а). Степень дальнего атомного порядка в В2- фазе достаточно высока (0,8 -0,9) [1-3]. Ниже температуры солидуса область гомогенности В2-фазы характеризуется широким диапазоном концентраций (от 50 до 57 ат. % N1), резко сужающимся при снижении температуры вплоть до 770К (рисунок 1.1, б) [1-3]. В сплавах Т1№, обогащенных титаном, уже при высоких температурах происходит распад с образованием фаз В2 Т1№ и Т12№ со сложной ГЦК-структурой типа Ре3\УзС [1-3]. В закаленных сплавах ТО"Л, обогащенных №, при термообработке в интервале температур ниже границы области гомогенности В2-фазы происходит распад пересыщенного твердого раствора. При этом возможно в той или иной последовательности выделение целого ряда избыточных фаз типа Т1з№4, Т12№3, Т1№з [1-3]. Фаза Т1№з образуется, как правило, гетерогенно в обогащенных никелем сплавах Т1№ при длительных отжигах. Старение с успехом применяется для таких сплавов как инструмент регулирования их функциональных свойств. Выделение разного типа частиц, имеющих различную морфологию и характеристики межфазных границ, может приводить к значительному

изменению температур и последовательности фазовых переходов в сплавах ТТ№, в том числе, к формированию мультистадийной схемы превращений [1-3].

ж) тон

270

46 50 54 58 n5, йТ %

а б

Рисунок 1.1- Элементарная ячейка фазы В2 (а) и диаграмма фазовых равновесий системы Тл№ вблизи эквиатомного состава (б).

При охлаждении В2-фазы до температур, близких к комнатной, сплавы Тл№ претерпевают мартенситное пр