Особенности структуры и механические свойства метастабильного (α+β)-сплава Cu–39.5 мас.%Zn с эффектом памяти формы, подвергнутого механотермической обработке

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Проведено комплексное исследование структурно-фазовых превращений и физико-механических свойств метастабильного (α+β)-сплава с эффектом памяти формы Cu–39.5 мас.%Zn, подвергнутого деформационно-термическим обработкам, включающим холодную прокатку и отжиг. Методами оптической и электронной микроскопии и рентгенофазового анализа изучены особенности тонкой структуры, формирующейся при промежуточном и бейнитном фазовом превращении. Методом дифференциальной сканирующей калориметрии при нагреве до 500°С установлены температурные интервалы бейнитного 3R/9R и других фазовых превращений. В закаленном сплаве температура бейнитного превращения близка к 170°С. При механических испытаниях методом одноосного растяжения обнаружено, что холодная деформация и постдеформационная термическая обработка по различным режимам позволяет получить сплав в высокопрочном или пластичном состояниях (с пределом прочности σв больше 700 МПа или с относительным удлинением δ выше 40% соответственно).

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

А. Э. Свирид

Институт физики металлов УрО РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: svirid@imp.uran.ru
Россия, ул. С. Ковалевской, 18, Екатеринбург, 620108

В. Г. Пушин

Институт физики металлов УрО РАН

Email: svirid@imp.uran.ru
Россия, ул. С. Ковалевской, 18, Екатеринбург, 620108

Н. Н. Куранова

Институт физики металлов УрО РАН

Email: svirid@imp.uran.ru
Россия, ул. С. Ковалевской, 18, Екатеринбург, 620108

С. В. Афанасьев

Институт физики металлов УрО РАН

Email: svirid@imp.uran.ru
Россия, ул. С. Ковалевской, 18, Екатеринбург, 620108

Д. И. Давыдов

Институт физики металлов УрО РАН

Email: svirid@imp.uran.ru
Россия, ул. С. Ковалевской, 18, Екатеринбург, 620108

Л. А. Сташков

Институт физики металлов УрО РАН

Email: svirid@imp.uran.ru
Россия, ул. С. Ковалевской, 18, Екатеринбург, 620108

Список литературы

  1. Perkins J. (Ed.) Shape Memory Effects in Alloys. Plenum. London: UK, 1975. 583 p.
  2. Варлимонт Х., Дилей Л. Мартенситные превращения в сплавах на основе меди, серебра и золота. Москва: Наука, 1980. 205 с.
  3. Ооцука К., Симидзу К., Судзуки Ю., Сэкигути Ю., Тадаки Ц., Хомма Т., Миядзаки С. Сплавы с эффектом памяти формы. М.: Металлургия, 1990. 224 с.
  4. Duering T.W., Melton K.L., Stockel D., Wayman C.M. (Eds.) Engineering Aspects of Shape Memory Alloys. Butterworth-Heineman: London, UK, 1990.
  5. Хачин В.Н., Пушин В.Г., Кондратьев В.В. Никелид титана: Структура и свойства. Москва: Наука, 1992. 160 с.
  6. Пушин В.Г., Кондратьев В.В., Хачин В.Н. Предпереходные явления и мартенситные превращения. Екатеринбург: УрО РАН, 1998. 368 с.
  7. Материалы с эффектом памяти формы: Справ изд. / Под ред. В.А. Лихачева. Т. 1–4. СПб.: Изд-во НИИХ СПбГУ, 1997, 1998.
  8. Cui J., Wu Y., Muehlbauer J., Hwang Y., Radermacher R., Fackler S., Wuttig M., Takeuchi I. Demonstration of high efficiency elastocaloric cooling with large δT using NiTi wires // Appl. Phys. Lett. 2012. V. 101. P. 073904.
  9. Pushin V., Kuranova N., Marchenkova E., Pushin A. Design and Development of Ti–Ni, Ni–Mn–Ga and Cu–Al–Ni-based Alloys with High and Low Temperature Shape Memory Effects // Materials. 2019. V. 12. P. 2616–2640.
  10. Hornbogen E. The effect of variables on martensitic transformation temperatures // Acta Met. 1985. V. 33. № 4. P. 595–601.
  11. Sedlak P., Seiner H., Landa M., Novák V., Šittner P., Manosa L.I. Elastic Constants of bcc Austenite and 2H Orthorhombic Martensite in CuAlNi Shape Memory Alloy // Acta Mater. 2005. V. 53. P. 3643–3661.
  12. Свирид А.Э., Лукьянов А.В., Пушин В.Г., Белослудцева Е.С., Куранова Н.Н., Пушин А.В. Влияние температуры изотермической осадки на структуру и свойства сплава Cu–14 мас. % Al–4 мас. % Ni с эффектом памяти формы // ФММ. 2019. Т. 120. С. 1257–1263.
  13. Pushin V.G., Kuranova N.N., Svirid A.E., Uksusnikov A.N., Ustyugov Y.M. Design and Development of High-Strength and Ductile Ternary and Multicomponent Eutectoid Cu-Based Shape Memory Alloys: Problems and Perspectives // Metals. 2022. V. 12. P. 1289 (32 pages).
  14. Dasgupta R. A look into Cu-based shape memory alloys: Present scenario and future prospects // J. Mater. Res. 2014. V. 29. N 16. P. 1681–1698.
  15. Свирид А.Э., Пушин В.Г., Макаров В.В., Куранова Н.Н. Влияние высокотемпературной термомеханической обработки на микроструктуру и механические свойства сплава Cu–Al–Ni–(B) с термоупругим мартенситным превращением // ФММ. 2023. Т. 124. С. 635–643.
  16. Lohan N.M., Pricop B., Burlacu L., Bujoreanu L.-G. Using DSC for the detection of diffusion-controlled phenomena in Cu-based shape memory alloys // J. Therm Anal Calorium. 2018. V. 131. P. 215–224.
  17. Hull D. Spontaneous Transformation of Metastable β-brass in Thin Foils // Philosophical Magazine. 1961. V. 7. P. 537–550.
  18. Kajiwara S. Strain-induced martensite structures of a Cu-Zn alloy // J. Phys. Soc. Japan. 1971. V. 30. P. 1757.
  19. Золоторевский В.С. Механические свойства металлов. Москва: Металлургия, 1983. 352 с.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Рентгеновские дифрактограммы сплава Сu–39.5%Zn после закалки (а), отжига при 250°С, 2 ч (б), холодной прокатки (в), дополнительного отжига при 250°С, 2 ч (г) и 500°С, 10 мин (д) и соответствующие штрихдиаграммы отражений hkl α(ГЦК)-, 3R-, 9R- и β(ОЦК)-фаз.

Скачать (68KB)
Метаданные
3. Рис. 2. ДСК-кривые сплава Cu–39.5%Zn после закалки (кривая 1) и холодной прокатки (кривая 2). Стрелки, направленные вниз, отмечают эндотермические эффекты, вверх – экзотермические эффекты.

Скачать (17KB)
Метаданные
4. Рис. 3. ОМ- (а, б, г) и РЭМ- (в, д, е) изображения сплава Cu–39.5%Zn после закалки (а), холодной прокатки (б, в), дополнительного отжига при 250°С, 2 ч (г) и 500°С, 10 мин (д, е). На рис. 3г стрелками показаны новые рекристаллизованные мелкие зерна.

Скачать (133KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Светло- (а) и темнопольные (б, г) ПЭМ-изображения и соответствующая микроэлектронограмма (в – ось зоны отражающих плоскостей, о.з., близка [110]3R||[001]9R) сплава Cu–39.5%Zn после холодной прокатки. Темнопольное изображение наночастиц β-фазы на рис. 4 г (отмечены стрелками) получено в рефлексах типа 110β-ОЦК и 111α-фазы, отмеченных окружностью на рис. 4в.

Скачать (48KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Кривые деформации σ–δ сплава Cu–39.5%Zn после холодной прокатки (кривая 1) и дополнительной термической обработки при 250°С, 2 ч (кривая 2) или 500°С, 10 мин (кривая 3).

Скачать (11KB)
Метаданные
7. Рис. 6. РЭМ-изображения изломов сплава Cu–39.5%Zn после холодной прокатки (а) и дополнительного отжига 250°С, 2 ч (б).

Скачать (68KB)
Метаданные