Закономерности проявления эластокалорического эффекта при развитии термоупругих мартенситных превращений под нагрузкой в монокристаллах сплавов NiMnGa и TiNi тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Суриков Никита Юрьевич

• Суриков Никита Юрьевич
• кандидат наук
• 2023

Оглавление диссертации кандидат наук Суриков Никита Юрьевич

Введение

1 Термоупругие мартенситные превращения и эластокалорический эффект в сплавах с памятью формы

1.1 Общие сведения о мартенситных превращениях и связанных с ними функциональных свойствах

1.2 Калорические эффекты. Общее описание

1.3 Термодинамические аспекты термоупругих мартенситных превращений и эластокалорического эффекта в сплавах с эффектом памяти формы

1.4 Функциональные и калорические свойства в сплавах ТМ и NiMnGa

2 Методика исследования

3 Ориентационная зависимость эластокалорического эффекта в монокристаллах NiMnGa

3.1 Особенности микроструктуры и развитие мартенситных превращений в свободном состоянии в монокристаллах сплавов NiMnGa

3.2 Развитие мартенситных превращений под нагрузкой и температурная зависимость эластокалорического эффекта в монокристаллах NiMnGa

4 Закономерности проявления эластокалорического эффекта в зависимости от параметров микроструктуры [001]Б2-монокристаллов сплавов ТМ

4.1 Особенности микроструктуры монокристаллов ТМ

4.2 Закономерности развития термоиндуцированных Б2-(К)-Б19' мартенситных превращений в закаленных и состаренных монокристаллах

и теоретический ресурс эластокалорического эффекта

4.3 Развитие мартенситных превращений под нагрузкой и температурная зависимость эластокалорического эффекта в монокристаллах ТМ

5 Циклическая стабильность и эксплуатационная эффективность эластокалорического эффекта в зависимости от ориентации и микроструктуры монокристаллов сплавов NiMnGa и

5.1 Циклическая стабильность и эксплуатационная эффективность эластокалорического эффекта в исходных и отожженных [001]- и [011]-

монокристаллах ММпОа

5.2 Циклическая стабильность и эксплуатационная эффективность эластокалорического эффекта в монокристаллах Т1М в зависимости от

микроструктуры

Заключение

Список условных обозначений и сокращений

Список литературы

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Закономерности проявления эластокалорического эффекта при развитии термоупругих мартенситных превращений под нагрузкой в монокристаллах сплавов NiMnGa и TiNi»

Введение

Актуальность темы исследования. В современном мире проблема энергоэффективности и экологичности составляет один из ключевых вопросов науки и технологий. В этом контексте в последние годы сплавы с памятью формы привлекают большой интерес как материалы для перспективных методов твердотельного охлаждения, основанного на эластокалорическом эффекте (ЭКЭ). Помимо альтернативы парокомпрессионным методам, твердотельное охлаждение может найти широкое применение в электронике, где требуется локально поддерживать определенную температуру для устройств, работающих на высоких частотах [1-7].

Эластокалорическое охлаждение в сплавах с памятью формы заключается в адиабатическом изменении температуры ATad во время обратного эндотермического мартенситного превращения (МП) в условиях сверхэластичности (СЭ) [1-4]. Как правило, для эксплуатации материалов с ЭКЭ необходимо оптимальное сочетание сразу нескольких параметров [8]:

1. Высокие значения адиабатического охлаждения ATad - для большего изменения температуры за цикл.

2. Малая диссипация энергии Wdiss и высокий коэффициент производительности (coefficient of performance, COP) в рабочем цикле - для повышения коэффициента полезного действия устройства.

3. Широкий диапазон температур эффективной работы - для расширения области применения.

4. Высокая циклическая стабильность и износостойкость - для высокого срока эксплуатации без замены рабочего тела.

5. Низкие напряжения в цикле нагрузка/разгрузка - для упрощения конструкции и уменьшения себестоимости.

Такие условия необходимы, чтобы обеспечить стабильную работу и высокую эффективность охлаждающего устройства [3, 4]. Однако, несмотря на большой прогресс, достигнутый в области эластокалорического охлаждения в последние

годы [1-8], материалы с ЭКЭ на основе сплавов с памятью формы с оптимальным сочетанием всех вышеперечисленных свойств до сих пор не разработаны.

Интерес представляют две группы сплавов. Первая группа - сплавы ТМ -обладают высокими значениями изменения энтальпии при развитии МП [1, 2], а теоретические значения адиабатического изменения температуры ДТаа достигают 40 °С за один рабочий цикл. Эти сплавы имеют большой потенциал для использования в твердотельных охлаждающих устройствах. Несмотря на хорошие показатели ЭКЭ двойные сплавы ТМ с содержанием N1 менее 51 ат. % в однофазном состоянии демонстрируют деградацию СЭ уже в первых 100 циклах [9, 10]. Добиться лучшей стабильности и широкого температурного интервала СЭ в монокристаллах сплавов Т1М, обогащенных по никелю (См > 50,5 ат. %), можно за счет выделения дисперсных частиц Т13№4, упрочняющих материал [9, 10]. Однако в настоящее время работ, посвященных исследованию взаимосвязи между микроструктурой материала (размер частиц, межчастичное расстояние) и характеристиками ЭКЭ (величиной охлаждения в рабочем цикле, температурным интервалом проявления, циклической стабильностью), практически нет.

Другой перспективной группой материалов являются сплавы Гейслера на основе ММпОа и МБеОа, испытывающие стадийные Ь21-10М/14М-Ь10 МП, благодаря низким деформирующим напряжениям 150 - 350 МПа, узкому механическому гистерезису и высокой циклической стабильности ЭКЭ хотя и обладают меньшими в сравнении с Т1М значениями ДТаа до 9,0 - 13,5 К. Вдобавок, возможность комбинирования эластокалорического и магнитокалорического (изменение температуры материала при адиабатическом изменении магнитного поля) эффектов может существенно расширить область применения охлаждающей способности ферромагнитных сплавов с памятью формы [2, 11, 12].

Но до сих пор не были проведены исследования ЭКЭ в монокристаллах сплавов Гейслера, которые позволяют выяснить ориентационную зависимость ЭКЭ и установить взаимосвязи между ЭКЭ и термомеханическими свойствами сплава. Известно, что от кристаллографической ориентации зависит целый комплекс характеристик, которые могут давать вклад в параметры ЭКЭ [12-14]. В

сплавах Гейслера, испытывающих L21-10М/14M-L10 МП, в зависимости от ориентации оси сжатия нагрузки наблюдается различный уровень прочностных свойств мартенсита и аустенита, величины механического гистерезиса и различный вклад раздвойникования мартенсита в обратимую деформацию при развитии МП под нагрузкой [12, 14]. От этих характеристик зависит величина диссипации энергии, которая может определять величину и циклическую стабильность ЭКЭ.

Таким образом, для понимания физических причин и основных закономерностей проявления ЭКЭ не хватает данных о влиянии микроструктуры, ориентации оси деформации материала и параметров развития МП под нагрузкой на проявление и циклическую стабильность эластокалорических свойств. Отсутствие комплекса таких исследований является важной проблемой прогноза поведения материала при эксплуатации.

Степень разработанности темы исследования. Несмотря на относительно недавно возросший интерес к ЭКЭ и твердотельному охлаждению, к настоящему моменту существует значительное число работ, посвященных проявлению ЭКЭ в сплавах ТМ [1-7, 15, 16]. Максимальная величина ЭКЭ с экспериментальными значениями адиабатического изменения температуры ДТаа до 16,4 - 23,7 К обнаружена в поликристаллах после специальных термомеханических обработок, проволочных образцах и тонких пленках сплавов ТМ [4-6]. Большинство работ, связанных с ЭКЭ в сплавах ТМ, проведены на поликристаллах после различных обработок, однако на монокристаллах таких работ очень мало. Известна работа [7], в которой на монокристаллах М5о,8Ти9,2 исследована ориентационная зависимость ЭКЭ при деформации растяжением, однако кристаллы демонстрируют низкие экспериментальные значения ДТаа < 4 К. До конца не выяснены причины такой слабой охлаждающей способности по сравнению с теоретически предсказанными значениями до 40 К. В работах [1, 2] исследована асимметрия ЭКЭ при растяжении и сжатии [148]-монокристаллов сплава М50,8Т^9,2 и достигнуты значения ДТаа порядка 18 К, тем не менее, температурный интервал проявления эффективного ЭКЭ достаточно мал (60 К). Работ по влиянию микроструктуры гетерофазных сплавов ТМ на параметры ЭКЭ практически нет, большинство работ посвящены

эксплуатационным параметрам (в частности, циклической стабильности (в поликристаллах [2, 4, 15]) и коэффициенту производительности СОР [3, 4, 16]. Существуют две работы [16, 17], в которых исследуются поликристаллы, претерпевающие двухстадийные Б2-Я-19' МП, однако в них получены общие выводы, не касающиеся специфических сложностадийных МП в сплавах Т1М.

В исследованиях ЭКЭ в сплавах ММпОа также наблюдаются существенные пробелы - эти сплавы изучались в основном с целью применения для магнитокалорического охлаждения [18, 19]. Работ, посвященных ЭКЭ в этих сплавах немного. Максимальные значения ЭКЭ в поликристаллах сплавов ММпОа, полученных различными способами, достигают 10,7 К [20]. Ориентационная зависимость ЭКЭ на данный момент остается практически не исследованной. Существует работа [12], где показано, что в текстурированных поликристаллах М55Мп18Оа27 с преимущественной ориентацией <100>А при сжатии вдоль оси текстуры наблюдаются большие значения адиабатического изменения температуры до ДТаа ~ 6,5 К и больший температурный интервал проявления ЭКЭ, чем при сжатии в перпендикулярном направлении (ДТаа до 4,1 К). В легированных различными элементами сплавах ММпОа наблюдаются близкие значения ЭКЭ. В работах [21, 22], на монокристаллах М57Мп18Оа211п4 и поликристаллах МзоМп^.зОа^Сщ.з достигнуты значения 9,6 К и 8,1 К, соответственно. В работе [23] сделан вывод о том, что дефекты кристаллического строения, в частности границы зерен, могут негативно влиять на значения ДТаа. В работе [24] также показана анизотропия ЭКЭ в текстурированных поликристаллах. Монокристаллы ММпОа с точки зрения ЭКЭ не исследованы.

Цель и задачи исследования. В связи с вышесказанным, целью настоящей работы является установить закономерности проявления эластокалорического эффекта, определить его взаимосвязь с термомеханическими характеристиками и микроструктурой однофазных и гетерофазных монокристаллов сплавов NiMnGa и ТМ с памятью формы.

Для достижения цели поставлены следующие задачи:

1. Аттестовать микроструктуру однофазных и гетерофазных монокристаллов сплавов NiMnGa и ТМ.

2. Изучить закономерности и тепловые эффекты при развитии мартенситных превращений в циклах охлаждение/нагрев методом дифференциальной сканирующей калориметрии, теоретически оценить максимальную величину адиабатического изменения температуры ДТаа при проявлении эластокалорического эффекта в однофазных и гетерофазных монокристаллах NiMnGa и Т№.

3. Определить температурные интервалы проявления сверхэластичности и эластокалорического эффекта в зависимости от химического состава сплава, ориентации монокристаллов, наличия стадийных мартенситных превращений и параметров микроструктуры монокристаллов сплавов NiMnGa и TiNi.

4. Выяснить закономерности проявления эластокалорического эффекта в зависимости от температуры испытания, уровня деформирующих напряжений, величины заданной деформации и механического гистерезиса в рабочем цикле.

5. Исследовать циклическую стабильность эластокалорического эффекта и механизмы его деградации в циклах нагрузка/разгрузка. Определить особенности микроструктуры, отвечающие высокой стабильности проявления эластокалорического эффекта.

Новизна исследования. В диссертации получены следующие новые научные результаты:

1. Показано, что ориентационная зависимость максимальной величины эластокалорического эффекта в монокристаллах сплавов Ni5oMnзoGa2o и Ni5зMn25Ga22 отсутствует. Ориентационная зависимость предела текучести мартенсита и диссипации энергии при развитии обратимых мартенситных превращений определяют температурный интервал проявления эластокалорического эффекта и его циклическую стабильность. Развитие мартенситных превращений под нагрузкой в [001]-кристаллах происходит в том числе и на стадии с высоким коэффициентом деформационного упрочнения,

которая обычно связана с упругой деформацией мартенсита, с увеличением ДТаа на 1 - 2 К.

2. Упрочнение дисперсными частицами Т13М4 [001]-монокристаллов Т1М (См = 50,6 - 51,5 ат. %) приводит к снижению теплоемкости материала, повышает максимальную величину и температурный интервал проявления эластокалорического эффекта. Кристаллы, упрочненные крупными полукогерентными частицами (400 нм), демонстрируют максимальные значения ДТаа до 24,2 - 25,3 К. Выделение наноразмерных когерентных частиц (менее 10 нм) приводит к максимальному увеличению температурного интервала проявления эластокалорического эффекта до 150 - 170 К, но с меньшей максимальной величиной ДТаа до 16,8 - 21,4 К ввиду развития мартенситного превращения под нагрузкой с высокой упругой энергией. Впервые обнаружена стадийность температурной зависимости эластокалорического эффекта, обусловленная сменой обратного мартенситного превращения под нагрузкой с Я-Б19' на Б2-Б19'.

3. Установлены общие факторы, влияющие на максимальную величину эластокалорического эффекта в монокристаллах сплавов никелида титана и ММпОа с различной микроструктурой и ориентацией: близкая к взрывной кинетика превращения, а также низкая упругая энергия при развитии мартенситных превращений под нагрузкой способствуют получению высоких значений ДТаа.

4. Проанализирована эффективность монокристаллов сплавов NiMnGa и Т1М для методов твердотельного охлаждения с использованием комплекса эксплуатационных параметров, а также определены механизмы циклической деградации эластокалорического эффекта. В отожженных [001]-кристаллах ММпОа наблюдается высокая циклическая стабильность и рекордная эффективность ЭКЭ. Определены оптимальные параметры микроструктуры, отвечающие максимальной эффективности при высокой величине эластокалорического эффекта в монокристаллах сплавов Т1М - выделение наноразмерных частиц Т13М4 размером менее 10 нм (старение 573 К, 1,5 ч).

Теоретическая и практическая значимость работы. Установленные закономерности проявления ЭКЭ, влияние различных параметров (микроструктура и ориентация монокристаллов, критические напряжения образования мартенсита, величина обратимой деформации, кинетика развития МП под нагрузкой, упругая и диссипативная энергии) на величину и температурную зависимость ЭКЭ представляют интерес для понимания и дальнейшего развития физических представлений о термоупругих МП и тепловых эффектах, связанных с ними, в сплавах с памятью формы. В работе предложена и физически обоснована наиболее точная теоретическая оценка ресурса эластокалорического эффекта в кристаллах с памятью формы с использованием экспериментальных значений коэффициента температурного роста критических напряжений образования мартенсита.

Практическая значимость проведенных исследований заключается в исследовании особенностей поведения сплавов NiMnGa и ТМ с различной ориентацией оси сжатия, и микроструктурой, как материалов рабочего тела твердотельных охлаждающих систем. Установленные в работе механизмы деградации микроструктуры, ведущие к деградации функциональных свойств при циклических воздействиях, помогают оптимизировать методы повышения циклической стабильности высокотемпературной СЭ и ЭКЭ в сплавах №М^а. Полученные результаты могут быть основой для принципиального подбора параметров материала (микроструктура, ориентация монокристаллов, текстура поликристаллов) для использования в твердотельных охлаждающих устройствах.

Методология и методы исследования. Монокристаллы сплавов NiMnGa и ТМ выращены модернизированным методом Бриджмена. Пробоподготовка поверхности образцов для испытаний осуществлялась механической шлифовкой и электролитической полировкой. Для исследования структуры материала использованы методы оптической металлографии, рентгеноструктурного анализа, просвечивающей и сканирующей электронной микроскопии. Температуры МП определены методом дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК). Механические испытания проведены на электромеханической испытательной машине !ш^оп 5969. Величина ДТаа определена путем непосредственного

измерения температуры образца высокочувствительной термопарой Т-типа при механических испытаниях.

Положения, выносимые на защиту. На защиту выносятся:

1. Экспериментально установленные условия наблюдения стабильного эластокалорического эффекта величиной до 11,5 К в широком интервале температур (до 120 К) в высокотемпературных монокристаллах ММпОа, заключающиеся в применении высокотемпературной термообработки (выдержка при 1273 К, 1 час, с последующим медленным охлаждением) и выборе [001]-ориентации, которая характеризуется высоким пределом текучести мартенсита и отсутствием раздвойникования кристаллов Ь10-мартенсита под нагрузкой.

2. Экспериментально выявленные закономерности изменения максимальной величины адиабатического охлаждения, температурного интервала проявления эластокалорического эффекта и стадийности температурной зависимости величины адиабатического охлаждения в состаренных монокристаллах сплавов Т1М (См = 50,6 - 51,5 ат. %), обусловленные развитием Б19'-Я-Б2 превращений, изменением прочностных свойств В2-фазы и величины упругой энергии, генерируемой при развитии мартенситных превращений под нагрузкой, в зависимости от размера дисперсных частиц ТЬМ4 и межчастичного расстояния.

3. Экспериментально установленные факторы, повышающие величину эластокалорического эффекта: низкие значения упругой и диссипативной энергии при развитии мартенситных превращений под нагрузкой, высокие пределы текучести аустенита и мартенсита, близкий к взрывному характер кинетики мартенситного превращения под нагрузкой.

4. Повышение циклической стабильности и эксплуатационной эффективности эластокалорического эффекта в однофазных монокристаллах ММпОа и гетерофазных монокристаллах Т1М за счет выбора высокопрочной [001]-ориентации, отсутствия процессов раздвойникования ориентированного варианта Ь10- и В19'--мартенсита напряжений и упрочнения наноразмерными (менее 10 нм) частицами ТЬМ4 монокристаллов сплавов Т1М.

Степень достоверности полученных результатов. Достоверность полученных результатов достигается воспроизводимостью и комплексным анализом полученных экспериментальных данных, сопоставлением результатов, полученных разными методами, а также сопоставлением с выполненными ранее исследованиями в этой области другими научными коллективами. Все экспериментальные данные получены на современном точном научном оборудовании с использованием современных методик исследования.

Апробация результатов исследования. Результаты научной работы представлены на следующих научных конференциях: Международная конференция «Физика конденсированных состояний» (Черноголовка, 2021); Международная конференция «Кристаллофизика и деформационное поведение перспективных материалов» (Москва, 2021); Международная конференция «Сплавы с памятью формы» (Москва, 2021); Международная конференция «Физическая мезомеханика. Материалы с многоуровневой иерархически организованной структурой и интеллектуальные производственные технологии» (Томск, 2020, 2021); Международный симпозиум «Перспективные материалы и технологии» (Брест, Республика Беларусь 2019); Международная конференция «Перспективные материалы с иерархической структурой для новых технологий и надежных конструкций» (Томск, 2019).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 15 работ, в том числе 8 статей в журналах, включенных в Перечень рецензируемых научных изданий, в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертаций на соискание ученой степени кандидата наук, на соискание ученой степени доктора наук (из них 5 статей в зарубежных научных журналах, входящих в Web of Science, включая 4 статьи в высокорейтинговых зарубежных журналах с квартилем Q1 [25-29]; 3 статьи в российских научных журналах, переводные версии которых входят в Web of Science [30-32]), 1 статья в сборнике материалов конференции, представленном в издании, входящем в Web of Science [33], 6 публикаций в сборниках материалов всероссийских и международных научных и научно-технической конференций и симпозиума [34-39].

Исследования проведены при поддержке проекта РНФ № 20-19-00153 и гранта РФФИ № 20-38-90107.

Личный вклад автора. Электронно-микроскопические исследования образцов выполнены на оборудовании Красноярского регионального центра коллективного пользования ФИЦ КНЦ СО РАН. Все остальные представленные в диссертации результаты получены и обработаны лично автором. Совместно с научным руководителем и научным консультантом осуществлялись постановка задач, обсуждение полученных результатов, формулировка выводов и положений диссертации, написание научных статей. Эксперименты проводились в лаборатории физики высокопрочных кристаллов СФТИ ТГУ (г. Томск).

Структура и объем работы. Диссертация изложена на 170 страницах, состоит из введения, пяти глав, заключения, списка условных обозначений и сокращений, списка литературы из 146 наименований; содержит 67 рисунков и 18 таблиц.

1 Термоупругие мартенситные превращения и эластокалорический эффект

в сплавах с памятью формы

1.1 Общие сведения о мартенситных превращениях и связанных с ними

функциональных свойствах

Мартенситное превращение (МП) - фазовый переход 1 рода в твердом теле, сопровождающийся упорядоченным коллективным перемещением атомов на расстояния, меньшие межатомных расстояний в кристалле, характеризующийся бездиффузионностью (неизменностью химического состава) и строгой кристаллогеометрической связью между решетками обеих фаз. Как и при любом фазовом переходе 1 -го рода, при МП происходит скачкообразное изменение первых производных термодинамических потенциалов по интенсивным параметрам (по температуре и давлению, т.е. скачок претерпевают молярные энтропия и объем) [40-45].

Высокотемпературная фаза (аустенит), как правило, имеет более высокую симметрию, чем низкотемпературная (мартенсит), поэтому из одного варианта аустенита при отсутствии внешних напряжений может образоваться несколько кристаллографических вариантов мартенсита. Число вариантов определяется элементами группы симметрии аустенита, не принадлежащими группе симметрии мартенсита. Всего существует максимум 24 варианта мартенсита. В условиях внешних напряжений реализуется один вариант мартенсита, оптимальный для внешней нагрузки [40-45].

МП разделяются на термоупругие и нетермоупругие. Признаками термоупругих МП являются: высокая подвижность и когерентность МФГ (за счет чего обратное превращение сводится к сокращению кристаллов мартенсита, а не образованию аустенита в кристаллах мартенсита), стимулирование обратного превращения термоупругой возвращающей силой, наличие только обратимой вторичной деформации - двойникование или фрагментация кристаллов мартенсита, не дислокационное скольжение. Поэтому для термоупругого МП необходимы высокие прочностные и пластические свойства аустенита и

мартенсита. При таком превращении обеспечивается максимальная обратимость и малый термический гистерезис [40-45].

В нетермоупругих МП кристаллы практически мгновенно растут до определенного окончательного размера, при дальнейшем охлаждении происходит образование новых кристаллов мартенсита. При обратном МП происходит зарождение кристаллов аустенита в мартенсите. Так как напряжения, возникающие при росте мартенситных кристаллов велики, происходит релаксация упругих напряжений в материале посредством пластической деформации скольжением аустенита и мартенсита, и деформация, возникшая при прямом превращении, уже не исчезает при обратном [40-44]. Далее в работе будем рассматривать только термоупругие МП.

Кристаллографическая обратимость при термоупругом МП в упорядоченных сплавах определяется дальним порядком. Так как прямое превращение меняет дальний порядок в материале, то для обратного превращения энергетически выгодным является кристаллографический вариант аустенита с исходной ориентировкой (другие варианты аустенита будут приводить к локальному изменению дальнего порядка, что приводит к высокой внутренней энергии кристалла) и при обратном превращении наблюдается полное восстановление формы. В случае нетермоупругого МП высокие напряжения и их релаксация приводят к тому, что в мартенсите при обратном превращении могут зарождаться различные кристаллографические варианты аустенита, исключая полное восстановление формы при обратном МП [40-44].

При охлаждении в свободном состоянии термоиндуцированный мартенсит в макрокристалле образует самоаккомодирующую структуру из вариантов мартенсита, которые минимизируют упругую энергию системы, компенсируют деформацию превращения друг друга и в совокупности не приводят к макроскопической деформации. При МП происходит изменение кристаллической решетки, что приводит к изменению электросопротивления, модуля упругости, внутреннего трения, и наблюдается выделение и поглощение тепла при прямом и обратном МП, соответственно. Для образования и роста кристаллов мартенсита

необходимо переохлаждение, поэтому экспериментально (методами дифференциальной сканирующей калориметрии, динамического механического анализа, измерением температурной зависимости электросопротивления и т. д.) могут быть определены температуры начала и конца прямого (М8, М^ и обратного (Л,, АО МП [40-47].

При МП происходит накопление упругих искажений и кристаллографических дефектов. Энергия таких искажений меньше, если некоторая кристаллографическая плоскость между аустенитом и мартенситом остается неискаженной и не вращаемой при превращении. Этой инвариантной плоскостью оказывается плоскость габитуса (поверхность раздела между аустенитом и мартенситом). Однако существование инвариантной плоскости габитуса нельзя объяснить, учитывая только деформацию сдвига решетки исходной фазы по плоскости габитуса, в результате которой решетка аустенита переходит в решетку мартенсита. Необходимо так же принимать во внимание деформацию скольжением или двойникованием кристаллов мартенсита (рисунок 1.1 в и г, соответственно). Поскольку скольжение необратимый процесс, то в сплавах с памятью формы, испытывающих термоупругие МП, деформация с инвариантной решеткой в мартенсите может осуществляться только двойникованием.

а - исходный аустенит, б - деформация решетки, в - дополнительная деформация скольжением, г - дополнительная деформация двойникованием Рисунок 1.1 - Деформация при развитии МП

Каждый кристалл мартенсита состоит из двух мартенситных доменов со взаимно двойниковым соотношением ориентировок. Такую сдвойникованную

мартенситную структуру называют согласованные пары вариантов (СУР-структура). СУР-структура обеспечивает существование инвариантной габитусной плоскости. Кристаллографическим вариантом мартенсита (СУР-вариантом мартенсита) называют кристалл мартенсита, имеющий СУР-структуру, с определенной плоскостью габитуса [42-44, 47, 48].

С точки зрения кристаллографии, МП - это деформационный процесс, который сопровождается деформацией формы, о чем говорит рельеф на поверхности предварительно отполированного материала в аустените и изменение направлений прямых линий после прямого МП.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Суриков Никита Юрьевич, 2023 год

- 195 с.

106. Победенная З. В. Ориентационная зависимость эффекта памяти формы и сверхэластичности при B2-L10 - термоупругом мартенситном превращении в монокристаллах сплава Co-Ni-Ga: дис. ... канд. физ.-мат. наук / З. В. Победенная.

- Томск, 2012. - 145 с.

107. Николаев В. И. Взрывной характер термоупругой деформации памяти формы в ферромагнитном сплаве Ni-Fe-Ga-Co / В. И. Николаев [и др.] // Письма в ЖТФ. - 2010. - Т. 36, № 19. - С. 83-90.

108. Influence of stress-induced martensite ageing on the shape memory effects in as-grown and quenched [011]-oriented single crystals of Ni49Fe18Ga27Co6 alloy / A. B. Tokhmetova [et al.] // Materials Research Proceedings. - 2018. - Vol. 9. - P. 4852.

109. Thermoelastic martensitic transformations in [011]-oriented Ni49Fe18Ga27Co6 single crystals under tension and compression loads / E. Panchenko [et al.] // AIP Conference Proceedings. - 2017. - Vol. 1909. - P. 020165.

110. Physics of thermoelastic martensitic transformation in high strength single crystals / Y. I. Chumlyakov [et. al.] // Shape Memory Alloys: Properties, Technologies, Opportunities. - Trans Tech Publications td, Switzerland, 2015. - P. 107-174.

111. Crystal-structure, composition and morphology of a precipitate in an aged Ti-51 at percent-Ni shape memory alloy / T. Tadaki [et al.] // Transactions of the Japan Institute of Metals. - 1986. - Vol. 27. - P. 731-740.

112. The nature of reversible change in Ms temperatures of Ti-Ni alloys with alternating aging / J. Zhang [et al.] // Materials Transactions. JIM. - 1999. - Vol. 40, is. 12. - P. 1367-1375.

113. Interaction between microstructure and multiple-step transformation in binary NiTi alloys using in-situ transmission electron microscopy observations / L. Bataillard [et al.] // Philosophical Magazine A. - 1998. - Vol. 78. - P. 327-344.

114. On the effect of superimposed external stresses on the nucleation and growth of Ni4Ti3 particles: A parametric phase field study / W. Guo [et al.] // Acta Materialia. -2011. - Vol. 59. - P. 3287-3296.

115. Nishida M. Electron microcopy studies of the «premarrtensitic» transformations in an aged Ti-51at%Ni shape memory alloy / M. Nishida, C.M. Wayman // Metallography. - 1988. - Vol. 21. - P. 255-273.

116. Electron microscopy studies of martensitic transformation an aged Ti-51at%Ni shape memory alloy / M. Nishida [et al.] // Metallography. - 1988. - № 21. -P. 275-291.

117. Crystallographic study of the martenstic transformation in a Ti-Ni alloy / O. Mastsumoto [et al.] // Proceedings of the International Conference on Martensitic Transformation. - 1986. - P. 679-684.

118. Pons J. Accommodation of y-phase precipitates in Cu-Zn-Al shape memory alloys studies by high resolution electron microscopy / J. Pons, R. Portier // Acta Materialia. - 1997. - Vol. 45, is. 5. - P. 2109-2120.

119. Термоупругие мартенситные превращения в монокристаллах, содержащих дисперсные частицы / Ю. И. Чумляков [и др.] // Известия высших учебных заведений. Физика. - 2011. - Т. 8. - С. 96-108.

120. Ren X. Strain glass and ferroic glass - Unusual properties from glassy nano-domains // Physica Status Solidi B. - 2014. - Vol. 251. - P. 1982-1992.

121. Strain Glass: Glassy Martensite / Y. Wang [et al.] // Materials Science Forum. - 2008. - Vol. 583. - P. 67-84.

122. Evidence for Strain Glass in the Ferroelastic-Martensitic SystemTi50-xNi50+x / S. Sarkar [et al.] // Physical Review Letters. - 2005. - Vol. 95. - P. 205702.

123. Кокорин В.В. Мартенситные превращения в неоднородных твердых растворах / В.В. Кокорин. - Киев: Наук. думка, 1987. - 168 с.

124. Size effects on the martensitic phase transformation of NiTi nanograins / T. Waitz [et al.] // Journal of Mechanics and Physics of Solids. - 2007. - Vol. 55. - P. 419444.

125. The self-accommodated morphology of martensite in nanocrystalline NiTi shape memory alloys / T. Waitz [et al.] // Acta Materialia. - 2005. - Vol. 53. - P. 2273-2283.

126. Strain gradient plasticity: theory and experiment / N. A. Fleck [et al.] // Acta Metallurgica et Materialia. - 1994. - Vol. 42. - N.2. - P. 475-487.

127. Ashby M. F. The deformation of plastically non-homogeneous materials // Philosophical Magazine. - 1970. - Vol. 21. - P. 399-424.

128. Смирнова Н. А. Методы статистической термодинамики в физической химии: Учеб. пособие для вузов / Н. А. Смирнова. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Высш. школа, 1982. - 455 с.

129. A comparative study of elastic constants of Ti-Ni-based alloys prior to martensitic transformation / X. Ren [et al.] // Materials Science and Engineering A - 2001.

- Vol. 312. - P. 196-206.

130. Mechanism of deformation and crystal lattice reorientation in strain localization bands and deformation twins of the B2-phase of titanium nickelide /

A. N. Tyumentsev [et al.] // Acta Materialia. - 2004. - Vol. 52. - P. 2067-2074.

131. Orientation dependence of superelasticity in quenched high-nickel Ti-51.8Ni single crystals / E.E. Timofeeva [et al.] // Materials Letters. - 2021. - Vol. 282. -P. 128677.

132. Кристаллоструктурные особенности предпереходных явлений и термоупругих мартенситных превращений в сплавах цветных металлов /

B. А. Лободюк [и др.] // Физика металлов и металловедение. - 2011. - Т. 111, № 2.

- С. 169-194.

133. Сурикова Н.С. Закономерности и механизмы пластической деформации и структурно-фазовых превращений в монокристаллах сплавов TiNi(Fe, Mo) и TiNi(Fe): дис. д-ра физ.-мат. наук / Н.С. Сурикова. - Томск, 2011. - 343 с.

134. Otsuka К. Physical metallurgy of Ti-Ni-based shape memory alloys / К. Otsuka, X. Ren // Progress in Materials Science. - 2005. - T. 50. - P. 511-678.

135. Deformation through a coherent phase transformation / A. L. Roytburd [et al.] // Scripta Metallurgica et Materialia. - 1995. - Vol. 32. - P. 761-766.

136. Roytburd A. L. Intrinsic hysteresis of superelastic deformation / A. L. Roytburd // Materials Science Forum. - 2000. - Vol. 327-328. - P. 389-392.

137. Особенности ориентационной зависимости функциональных свойств в гетерофазных монокристаллах сплавов Ti36,5Ni51,0Hf12,5, Ti48,5Ni51,5 / Е. Ю. Панченко [и др.] // Известия высших учебных заведений. Физика. - 2015. - Т. 58, № 11. - С. 47-55.

138. Shape memory behavior of high strength Ni54Ti46 alloys / H. E. Karaca [et al.] // Materials Science and Engineering A. - 2013. - Vol. 580. - P. 66-70.

139. On the stress-temperature dependences in TiNi-based shape memory alloys / E. E. Timofeeva [et al.] // Journal of Alloys and Compounds. - 2022. - Vol. 905. - P. 164227.

140. Liu Y. Criteria for pseudoelasticity in near-equiatomic NiTi shape memory alloys / Y. Liu, S. P. Galvin // Acta Materialia. - 1997. - Vol. 45. - P. 4431-4439.

141. Thermomechanical cyclic response of an ultrafine-grained NiTi shape memory alloy / В. Kockar [et al.] // Acta Materialia. - 2008. - Vol. 56. - P. 3630-3646.

142. Change of transformation mechanism during pseudoelastic cycling of NiTi shape memory alloys / N. Zotov [et al.] // Materials Science & Engineering A. - 2017. -Vol. 682. - P. 178-191.

143. Microstructural and crystallographic characteristics of modulated martensite, non-modulated martensite, and pre-martensitic tweed austenite in Ni-Mn-Ga alloys/ L. Zhou [et al.] // Acta Materialia. - 2017. - Vol. 134. - P. 93-103.

144. Pseudoelastisity and cyclic stability in Co49Ni21Ga30 shape - memory alloys at ambient temperature / J. Dadda [et al.] // Metallurgical and Materials Transactions A. - 2008. - Vol. 39. - P. 2026-2039.

145. Ориентационная зависимость сверхупругости в ферромагнитных монокристаллах Co4çNÎ2iGa30 / И. В. Киреева [и др.] // Физика металлов и металловедение - 2010. - Vol. 110. - P. 81-93.

146. Gall K. Cyclic deformation mechanisms in precipitated NiTi shape memory alloys / K. Gall, H. J. Maier // Acta Materialia. - 2002. - Vol. 50. - P. 4643-4657.