Особенности структуры метастабильных сплавов на основе Cu–Zn с эффектом памяти формы

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Методами просвечивающей и растровой электронной микроскопии изучены предмартенситные состояния и их связь с мартенситными превращениями в сплавах с эффектом памяти формы Сu–38 мас.%Zn и Сu–39.5 мас.%Zn. Выполнен анализ наблюдаемого диффузного рассеяния электронов, в том числе в экспериментах in situ при нагреве и охлаждении, и дефектности внутренней субструктуры аустенита и мартенсита. Основываясь на кристаллоструктурных данных, полученных в предмартенситном состоянии, предложены кристаллографические модели мартенситной перестройки β2→β2′, β2→β2″ и β2→γ2′.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

А. Э. Свирид

Институт физики металлов УрО РАН

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

Н. Н. Куранова

Институт физики металлов УрО РАН

Email: svirid@imp.uran.ru
Россия, Екатеринбург, 620108

В. Г. Пушин

Институт физики металлов УрО РАН

Email: svirid@imp.uran.ru
Россия, Екатеринбург, 620108

С. В. Афанасьев

Институт физики металлов УрО РАН

Email: svirid@imp.uran.ru
Россия, 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. М.: 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. 512 p.
  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. Лободюк В.А., Коваль Ю.Н., Пушин В.Г. Кристаллоструктурные особенности предпереходных явлений и термоупругих мартенситных превращений в сплавах цветных металлов // ФММ. 2011. Т. 111. № 2. С. 169–194.
  8. Bonnot E., Romero R., Mañosa L., Vives E., Planes A. Elastocaloric effect associated with the martensitic transition in shape-memory alloys // Phys. Rev. Lett. 2008. V. 100. P. 125901.
  9. Planes A., Mañosa L., Acet M. Magnetocaloric effect and its relation to shapememory properties in ferromagnetic Heusler alloys // J. Phys. Condensed Matter. 2009. V. 21. P. 233201.
  10. 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.
  11. Mañosa L., Jarque-Farnos S., Vives E., Planes A. Large temperature span and giant refrigerant capacity in elastocaloric Cu–Zn–Al shape memory alloys // Appl. Phys. Lett. 2013. V. 103. P. 211904.
  12. Волков А.Е., Иночкина И.В. Модель обратимой памяти формы мартенситного типа в материалах с термоупругим превращением // Вестник ТГУ. 1998. Т. 3. С. 231–233.
  13. Razumov I., Gornostyrev Yu. Role of magnetism in lattice instability and martensitic transformation of Heusler alloys // Metals. 2023. V. 13. P. 843.
  14. Dasgupta R. A look into Сu-based shape memory alloys: Present Scenario and future prospects // J. Mater. Res. 2014. V. 29. № 16. P. 1681–1698.
  15. Pushin V., Kuranova N., Marchenkova E., Pushin A. Designand 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.
  16. Лукьянов А.В., Пушин В.Г., Куранова Н.Н., Свирид А.Э., Уксусников А.Н., Устюгов Ю.М., Гундеров Д.В. Влияние термомеханической обработки на структурно-фазовые превращения в сплаве Cu-14Al-3Ni с эффектом памяти формы, подвергнутом кручению под высоким давлением // ФММ. 2018. Т. 119. № 4. С. 393–401.
  17. 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.
  18. Свирид А.Э., Пушин В.Г., Куранова Н.Н., Белослудцева Е.С., Пушин А.В., Лукьянов А.В. Эффект пластификации сплава Cu-14Al-4Ni с эффектом памяти формы при высокотемпературной изотермической осадки // Письма в ЖТФ. 2020. Т. 46. C. 19–22.
  19. Свирид А.Э., Лукьянов А.В., Пушин В.Г., Куранова Н.Н., Макаров В.В., Пушин А.В., Уксусников А.Н. Применение изотермической осадки для мегапластической деформации beta-сплавов Cu–Al–Ni // ЖТФ. 2020. Т. 90. С. 1088–1094.
  20. Пушин В.Г., Куранова Н.Н., Макаров В.В., Свирид А.Э., Уксусников А.Н. Электронно-микроскопическое исследование метастабильных сплавов на основе Cu–Al–Ni с эффектом памяти формы // ФММ. 2021. Т. 122. С. 1196–1204.
  21. 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).
  22. 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.
  23. Hornbogen E. The effect of variables on martensitic transformation temperatures // Acta Met. 1985. V. 33. № 4. P. 595–601.
  24. Otsuka K., Wayman C.M., Kubo H. Diffuse Electron Scattering in β–phase alloys // Met. Trans. A. 1978. V. 9A. P. 1075–1085.
  25. Глезер А.М., Молотилов Б.В. Упорядочение и деформация сплавов железа. М.: Металлургия, 1984. 168 c.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. ОМ (а), РЭМ (б), ПЭМ-изображения (светло- (г) и темнопольное в сверхструктурном рефлексе 001В2 (в)) микроструктуры и микроэлектронограммы (с осью зоны (о.з.) [110]B2 (д) и [331]B2 (е)) сплавов Сu–39.5Zn (а, в, д) и Сu–38Zn (б, г, е) после закалки от 800°С, 30 мин. Исследование структуры проведено при КТ.

Скачать (77KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Светлопольные ПЭМ-изображения твидового контраста (а, б) и соответствующая микроэлектронограмма ((в) — о.з. [100]B2) двухфазного (β2+3R)-сплава Cu–38Zn при КТ.

Скачать (31KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Светлопольные ПЭМ-изображения твидового контраста (а, б) и соответствующие микроэлектронограммы ((в) — о.з. [111]B2 и (г) — о.з. [110]B2) однофазного β2-сплава Cu–39.5Zn при КТ.

Скачать (44KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Светлопольные ПЭМ-изображения твидового контраста (а, б) и соответствующие микроэлектронограммы ((в) — о.з. [711]B2 и (г) — о.з. [311]B2) однофазного β2-сплава Cu–39.5Zn при –100°С.

Скачать (49KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Спектры волн атомных смещений в виде плоских поперечных сечений (001)*, (110)*, и (111)* обратного k-пространства (а) и в окрестности узлов обратной решетки в плоскостях (001)* и (110)* (б, в). Проекции ek для k волн повышенной амплитуды и, следовательно, более интенсивного диффузного рассеяния показаны точками, стрелками или штрихами.

Скачать (22KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Схемы перетасовочных смещений, обеспечивающих преобразования кубической решетки B2 по типу ПСС-I (а) и ПСС-II (б) в сплавах Cu–Zn.

Скачать (14KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Профили интенсивности при сканировании диффузного рассеяния вдоль нерадиальных тяжей с сателлитами типа 1/6 <110>*, 1/3 <110>*, 1/2 <110>* на микроэлектронограммах с о.з. [100]B2 Cu–38Zn (а) и о.з. [111]B2 сплава Cu–39.5Zn (б). Сплошные тонкие черные линии представляют профили интенсивности, сплошные жирные линии — профили, рассчитанные с использованием функции Гаусса, штриховые линии представляют собой рассчитанные профили для сателлитов типа 1/6 <110>*, 1/3 <110>*, 1/2 <110>*.

Скачать (54KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Светло- (а, в) и темнопольное (б) в рефлексе 3R двойника (с о.з. [010]3R, близкой [111]B2) изображения микроструктуры двойникованного β2′ (3R) (а, б) и длиннопериодного β2″ (9R) (в, г) мартенсита и соответствующие микроэлектронограммы ((б) — на вставке, (г) — о.з. [010]2H, близкой [111]B2) сплава Cu–38Zn.

Скачать (29KB)
Метаданные
10. Рис. 9. Светло- (а, в) и темнопольное (б) ПЭМ-изображения микроструктуры орторомбического β2″(9R) (а, б, г, д) и гексагонального γ2′(2H) мартенсита (в, е) и соответствующие микроэлектронограммы (с о.з. [010]9R (г, д), близкой [111]B2, и о.з. [010]2H (е)) сплава Cu–39.5Zn. Наблюдения при температуре –150°С.

Скачать (64KB)
Метаданные
11. Рис. 10. Схемы перестройки кристаллической решетки типа B2→3R (ABC), B2→9R (а) и B2→2H (AB) мартенсита (б) в сплавах Cu–Zn.

Скачать (16KB)
Метаданные