Особенности микроструктуры и свойства В2-сплавов на основе никеля с термоупругими мартенситными превращениями тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

О V В О*

г 1 РОССИЙСКИ А1САДЕРШ1 НАУК

2 $ \\0fl УРАЛЬСКОЕ ОТДЕЛИВ®

ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ИНСТИТУТ ФИЗИКИ МЕТАЛЛОВ

на правах рукописи

ВРЧЕНКО ЛВДША ИВАНОВНА

ОСОБЕННОСТИ МИКРОСТРУКТУРЫ И СВОЙСТВА В2-СПЛАВ0В НА ОСНОВЕ НИКЕЛЯ С ТЕИЮУПРУГИМИ МАРТЕНСИТНЫШ ПРЕВРАЩЕНИЯМИ

Специальность 01.04.07 - физика твердого тела

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой с-голыш кандидата фазико-маторлатичесшос наук

/

Екатвршбург - 1994

Работа выполнена в ордена Трудового Красного Знамени Институте физики металлов УрО РАН.

Научный руководитель - доктор физико-математических наук

Владимир Григорьевич Путин

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Виктор Владимирович Сагарадзе (Институт физики металлов УрО РАН)

доктор физико-математических наук Владимир Александрович Ивченко (Институт электрофизики УрО РАН)

Ведущая организация - Уральский государственный

технический университет - УПИ (г.Екатеринбург)

Защита состоится "ДЗ" ЙММ^М1994 г. в ч мин на заседания диссертационного совета Д 002.03.01 в Институте физики моталлов (680219,г.Екатеринбург.ул.С.Коввлевской.18).

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Института физики металлов.

Автореферат разослан " /Л »кАЛ^и 1994 Г.

Ученый секретарь диссертационного совета^

доктор физико-математических наук Д-Шашков

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность томи. Одной из вшших проблем развития физики твердого тела является создание новых сплавов с требуе?лими физико-механическими характеристиками. Большой интерес, в связи с зтзтл, представляют сплавы с тормоу пругимл мартенситными превращениями, • отличаякииеся свойствами памяти фор:?«, сЕерхупругости, сЕерхплазтичности, высоким двмпфировз-пквм, циклической стойкостьэ п рядом других. Эти сплавы , находят псе большое применение в техника к медицине.

Среди материалов с термоупругими мартенситными превращениями особое место занимают никелид титана и • сплави на его основе. Это связано с том, что они наряду с уникальными эффектами памяти формы и сверхупругоста обладают комплексом благоприятных физико-механических свойств (прочностью, пластичностью, коррозионной стойкостью и т.д.).

Эффективными методами изменения характеристик сплавов никелида титана являются- их тершческке и термомоханические обработки, а тагагэ логировшше. Легированно и термообработка оказивают существенное воздействие на стабильность высокотемпературной В2-фази, последовательность гмртопситгоа превращений я прэдмяртенситсше состояния, тешературяо-концентрацконпые интервалы их реализации, а, следовательно, эффекты памяти формы, . сверхупругостп, прочпость я пластичность.

Широкие возможности практического использования сплавов на основе никелида титана резко активизировали изучение структурных и фазовых превращений в них. Особенно интенсивно в последние года исследуются предаераходгше явления. 3 предмартепснтном состоянии обнаружен ряд новых явлений и структурных состояний, анализ которых позволяет понять микроскопические механизмы изменения устойчивости исходной фазы, заровдения и роста мартепситных фаз. Изучение ггредпэреходных явлоний л их взаимосвязи с мартенситными переходами тлеет принципиальное значение для решения одной из фундаментальных проблем физики твердого тела - природа фаз и фазовых превращений.

Шль_и_заяачи_работыл Целью настоящей работы является исследование предмартенситных явлений, мартенситных превращений и их взаимосвязи в В2-сплявех никелидй титана, двойных и тройных (легированных железом и медью ) ч никелида аллюмипия. Эти сплавы, обладая одинаковым гаюм высокотемпературной фазы (В2), испытывают разные термоупругио мартенситные превращения. Они отличаются и предмартенситным поведением. что позволяет, используя различные структурно-чувствительные методы, на одних и тех же материалах и в сопоставимых условиях, провести их комплексное систематическое исследование.

В работе решались следующие конкретные задачи:

1. Методами рентгеноструктурного анализа и просвечивающей электронной микроскопии изучить фазовый состав и микроструктуру сплавов в исходном состоянии.

2. Используя измерения структурно-чувствительных свойств, рентгенографические и электронно-микроскош. шские исследования в широком интервале температур, изучить особенности продпереходных явлений и микроструктуры сплавов с различным содержанием легирующих элементов.

3. Определить критические температуры мартенситных превращений в сплавах, их последовательность, структурные типы и особенности микроструктуры мартенситных фаз.

4. Проанализировать связь предмартенситных состояний и мартенситных прерращений, а также механизмы зарождения кристаллов мартенсита.

Шзучнаяновьгзшь В работе впервые проведено систематическое комплексное исследование микроструктуры и свойств В2-сшювов систем Т1-т, Т1-М1-Ре, Т1-Ш-Си, N1-41. Определены структурные типы мартенситных фаз и температурно-концентрационныа зависимости параметров решеток исюдной и мартенситных фаз. Построены диаграммы мартенситных превращений в сплавах ТШ-Т1Ре, Т1Ш-Т1Си и Ы1-А1 и установлены последовательности мартенситных превращений при охлаждении и нагреве. По температурным зависимостям интенсивностей брэггов-ских отражений рентгеновских лучей и упругих постоянных С^, измеренных на одних и тех же сплавах, были вычислены температуры Дебая 9», среднеквадратичные смещения атомов (как

дпнашческие, так и статический) л . их температурные, зависимости.

Обнаруяэно, что d В2-сплавах тглкелида титана перед В2 >R мартэнсптсшч превращением реализуется пообыт«юо "упругоизотропное" предмартепситпое размягчение, при котором пакзтпоо умопьшотю псох кодуло Я упругости происходит в условиях, близких к изотропным - при A=C44/C'w1. В связи с птвм, вблизи В2<=>П мартепситпого превращения сопротивление таких сплавов упругой деформации становится аномально плзтсим по всем кристаллографическим системам сдвига. В В2-сплавах ' пгосолида титвно с В2->В19 картапситпнм переходом и особенно в сплавах пиколида ялеминля контролирущям процесс продмяртонситного размягчения является сдвиговый модуль С' в условиях анизотропии А>1.

В результате исследований аномального поведения макро- и мякроструктурных характеристик сплавов установлены общие закономерности и механизмы формирования предмортенсптшх состояний и предложены микродоменные шдели ближнего порядка смещений атомов и про?,гожуточтшх структур сдвига. Показано, что локализованные в пределах микродоменов смещения атомов формируются по типу мартенситных фаз, воздаагалс в данных сплавах, что позволяет их рассматривать в качества структурных предвестников, а фактически,.своеобразных зародышей-мартенсита

Наутаая_и_практическйя_ценность. Полученные результаты углу0ляют представления о закономерностях формирования микроструктуры и позволяют целенаправленно выбирать пути создания сплавов па основе никелида титана с требуогйьми свойства?«. Построенные диаграмм мартенситшх превращений обеспечивают возмошюсть с заранее заданной точностью, через изменения химического и фазового состава и используя термообработки, повышать или поникать температуры, регулировать температурные интервалы и последовательность мортенситнах превращений, тю существенно расширяет воз?даэдости практического использования сплавов с эффектом памяти формы.

На защиту выносятся:

1. Результаты построения' диаграмм мартенситшх превращений в сплавах систем ТШ-'Гlíe, TlNl-TlCu, Nl-Al, темпоратурно-концонтрацноиныэ зависизлости параметров кристал-

лаческих структур аустенитной и мартенситных фаз и последовательностей прямых и обратных мартенситных превращений.

2. Закономерности изменений физических свойств, включая данные о модулях упругости и параметре упругой анизотропии, температуре Дебая, динамических и статических среднеквадратичных смещений атомов, и основанные на микроструктурных исследованиях модели микродоменной структуры сплавов в предмартенситном состоянии.

3. Физические представления о взаимосвязи предпереходных явлений и термоупругих мартенситных превращений в В2-сплавах никелида титана и никелида алшиния.

Апробация работы. Основные результаты, изложенные в диссертационной работе, докладывались и оОсувдвлись на 10-й Уральской школе металловедов-термистов (УсТинов-1987г.); V Всесоюзном совещании по старению металлических сплавов (Свердловск-1989г.); 7 Всесоюзной ков$еренции по кристаллохимии интерметаллических соединений (Львов-1989г.); Twelth Вцгореап Crustailographlc meeting (Moscow, USSR, 1989); Школе-семинаре молодых ученых и специалистоя по проблемам фазовых превращений в твердом теле "Фазовые превращения-9СГ1 (Москва-1990); V Всесоюзном семинаре "Структура дислокаций и механические свойства металлов и сплавов" (Свердловск-1990г.); V Всесоюзном совещании "Структура и свойства немагнитных сталей" (Свердловск-1991г.); Всесошной конференции по мартенситным превращениям в твердом теле (Косово-1991г.): VI Совещании по старению металлических сплавов (Екатеринбург-1992г.).

Публикации^ По материалам диссертации опубликовано 20 печатных работ, отражающих основное содержание диссертации.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка цитируемой литературы. Работа содержит 126 страниц машинописного текста, 94 рисунке и 2 таблицы. Список цитируемой литературы включает 140 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность и новизна выбранной темы диссертационной работы, сформулированы цель и. задачи

исследования, дана краткая аннотация работы.

представлен обзор литературных данных о кристаллической структуре и ' диаграммах фазовых равновесий интерметаллических соединений T1N1 и N1A1. Рассмотрены мартенситные превращения и предмартенситнне явления в различных металлических сплавах и соединениях, в том числе и испытывающих термоупругие мартейситные переходы. Особое внимание обращено на влияние легирования и термических обработок в развитии фазовых и структурных превращений в сплавах никелида титана и никелида алюминия. Отмечается, что к моменту постановки работы в литературе не было единого мнения о трпах кристаллических структур мартенситных фаз, образующихся в данных сплавах. Неоднозначно интерпретировалось и структурное состояние, связанное с так называемой R-фазой в сплавах никелида титана: одни исследователи считают, что оно связано с ромбоэдрической дисторстой исходного аустенита перед мартенситным превращением, другие - что это промежуточная ромбоэдрическая фаза, третьи - что R-фаза аналогична и>-ф8зе, образующейся в сплавах циркония и титана. Отмечается,' что легирование методом Замещения титана или никеля и различные термообработки бинарных сплавов оказывают существенное влияние на основные характеристики сплавов с эффектом' памяти формы; температуру и последовательность мартенситных превращений, температурный интервал проявления аффектов памяти формы.

Анализ* поведения сплавов в области температур, предшествующих мартенситному превращению, показывает, что в них происходят непрерывные и высокообратимые изменения устойчивости кристаллической решетки. Экспериментально яти процессы можно наблвдать по аномальным изменениям ряде . физико-механических свойств. Отмечается, что самыми информативными методами по изучению предпереходних явлений являются измерения модулей упругости, неупругое и упрутое рассеяние нейтронов, дифракция рентгеновских лучей и электронов, просвечивающая электронная микроскопия и ядерный гамма-розонанс.

Втораяглапя посвящена описанию способов получения сплавов и монокристаллов, изготовления образцов для исследований, экспериментальных методик и методов расчетов.

Для исследования били выбраны четыре группы сплавов с исходной В2~реиеткой: - бинарные сплавы Т1-М с содержанием никеля 4а-52 ат.4; - сплавы, легированные железом методом замощения никеля - Ибо^^о-Х^' гда Х=1; 2;2,5;3;4;5;10;15;25;50 ат.*; - сплавы,, легированные медью методом замещения никеля -Т150И150_уСиу,гдв у=2,5,10,12,15,25 атЛ; - никель-алюминиевые сплавы с содержанием никеля 60;61;62;63,5;65 ат.Ж.

В2-сплавы выбраны таким образом, чтобы были представлены различные типы мэртенситных превращений, разнообразные их последовательности и предиартвнситнне состояния.

Исследования проводились комплексно методами дифракции рентгеновских лучей и электронов, просвечивающей электронной микроскопии и измерения электросопротивления и модулей упругости в диапазоне температур 600-100 К.

В_?£9Тьей_главе "Фазовые и структурные превращения в сплавах никелида титана" изучены сплавы никелида титана в исходном высокотемпературном и мартенситном состояниях. Как показали наши исследования, все сплавы в высокотемпературной состоянии являются твердыми растворами замещения с В2-рашеткой,упорядоченной по типу СзС1.0б этом свидетельствуют [юнтгочоструктурныб и электронно-микроскопические исследования и, в том числе, линейный характер зависимости параметра а^ от концентрации. Эти синевы в исходгюм состоянии били практически однопалыми. Количество избыточных фаз не превышало 1-ЗЖ.

Но данным измерений электросопротивления и рентгено-структураого анашэа бшш определены температуры марченситных првврьщ&аий: температуры начала и конца прямого Ыд, М3, Иг (при охлаждении) и обратного А^, А3, Аг (при пагрево) мвртенситных Щйврвщетй В2<=>И (со штрихом) и В2(И)<=>Ы9%. Е2<=;-В19 (без штриха). Идентифицированы мартинситные фазы, установлены посл'одовательнг ти мартенситных превращений и тьюшритурные интервалы их проявления, построены фазовые диаграммы мартенситных превращиний сплавов на основе никелида титана, легированных железом и мвдью (рис.1,2).

Появление К-мартенсита в сплавах И-Ш-Ре в измерениях алектросоиротишшаия фиксируется по росту кривой р(Т), а роытгоногр^ичвскя - по расцеплении на дублеты • одиночных лшмй ГС. чустзната. Гасщпплонию. линий првдщьстпуьт скижениа

в

Рис.1. Диаграмма мартенситных превращений сплавов ншшлвда титана, легированных яелвзом (X - атЛРе).

интенсивиостей (1макс и 1шт) брвгговских линий В2-фази и их относительное уширенив Д8(Т)/А0(ТО). Имеющая место в ряде сплавов ассиметрин линии 110^ при образования И-мартонсита связана либо с наложением линий В2- и П-фаз в двухфазном состоянии (В2+Н), либо с текстурой Л-фазы. Симметричность дублета (330,330)й указывает на завершетше В2->11 мартенситного превращения. Термоциклирование сплавов практически не влияет на температуру мартенситного превращения и параметры И-фази.

При исследованиях сплавов с содержанием железа <3 атЛ было установлено, что эти сплавы испышвают два мортонситаых превращения В2~>П->В19'. Уменьшение содержания железа в сплаве приводит к повышению температур мартенситных превращений (особенно и к сокращению интервала темпмратур их

реализации. При нервом мяртенситпом превращении В2->П сти сплавы ведут себя аналогично сплавам с 4-5 атЛРе.' Огш имеют достаточно широкую двухфазную область (В2+И), о чем

о

тл т

т

250

- В2

q ——°

Ч о "NXs BI9

© Ш \

о 1 1 -----!-- 1

15 2Г Я Си,ат%

О 5 10

inc..2. Диаграмма мартенситных превращений сплавов никелнда титша, лгзгироваатшх модьв 2%qN%q_yCuy (i - ат.ЖСи). © •- результаты, полученные нами; О - результаты, приведенные L* статье T.H.Nam, T.Saburl arid K.Slilroiau //ICal.trans,JIM.-I990. -V.31 .-К 11 .-P.959-967.

свзд.отэлъствуш' асимметрия рентгеновских линий (330,330)^ и агоктронно-микроскопичоскао дешше. Для сплавов, легированных железом, йша определены томпаратурныо .зависимости параметров аустенитной и мартонситных фаг (рии.З.а).

Злэкт^юпао-микроскопические исследования 1п вПи микроструктуры сплавов, легированных железом, доказали, что наряду с гетерогенным механизмом зарождения кристаллов 11-мартвнситс на включениях оксидов 'ИдЙ^О^ и пакетов кристаллов пластинчатой морфологии, как правило от границ зерен, возможно их гомогенное опроадониь. Кристаллы Р.-мартенсата имеют габитус близкий (1 '0}^ и пи {100)^. 0риент8ционные соотношения между рошэткам» Бй- к Р-фаз (в ромбоэдрических индексах) имеют вид: С1111п2||(111)|,; <1Т0>В?||[1Т0]

in

Исследования сплавов, легированных модью, показали, чтз сплавы с содержанием 20-25 атЛСи испытывают одно ммртенситное превращение В2<=>В19. По данным рентгэноструктурного анализа и измерений электросопротивления в этих сплавах перед мортэнситным превращением также наблюдается аномальное поведение кривых р(Т) и 1макс и Предмартенситное

снижение интенсивностей бгэгговских отражений происходит практически без их уширения. На электронограммбх сплавов при В2->В19 мартенситном превращении наблюдалось появление собственных рефлексов В19-фазн в определенных положениях типа /Р." модцу рефлексами В2-фазы. На электронно-микроскопических снимках при атом присутствуют изображения пластинчатых, двойниковаиных по (1д кристаллов. Сплавы с содержанием меди 10-12 ат.Ж испытывают два мартепситчнх превращения. При пошскении температуры сначала образуется В19-, а затем В19'-мартенсит. В19-мартэнспт сосуществует с остаточной В2-фазой, которая исчезает при ' дальнейшем превращении в В19'. Внутри кристаллов-двойников присутствуют также хаотические дефекты упаковки по (001)В1д,.

Ориептационнне соотношения ВТ9- и В1Э*-мартенситов и В2-фази имеют вид: (111 )В2|( (1Ш)В19; £ 1 ТО ] ^ 11 [0011В1д. Сплав о содержанием меди 5 ат.% испытывает одно мартенелтноо превращение В2->В19'.'Дяя сплавов, легированных медью, были' определены параметры мартенситных . фаз и построены их температурю- концентрационные зависимости (рнс.3,0,в).

По дашшм изшрепия электросопротивления, рвнтгено-дифрактометрии и электронной микроскопии в закаленных бинарных сплавах Т1-М1 мертенситное превращение происходит по схеме: В2->В2+В19'->К+В19'->В19'. В сплавах, обогащенных никелем, Т149Ы151 и П^П^, охлазденчых от 1073 -К с печью, образование В19'-мартенсита предшествует В2-Ж. переход. Чувствительность обогащенных никелем сплавов Т1-М к термической предыстории обусловлена контролируемыми диффузией процессами старения, в отличив от слабочувствительных к высокотемпературным термообработка« эквкатомного и обогащенных титвном сплавов. Интересный результат был получен при дифрактометрическом анализе максимальных и интегральных интенсивностей линий дубле та (330+-350)к в зависимости от

100 150 200 J, К нп

wo m m 250 ■ m ik

ïsu W {JU

W

jm

m

23(1 2 Sí

с В19'

■fe®«

И BW

_fi-SL-

-/

а в г

L

m по гон ■ 250 job m wo и

гие.З. Тьмиэрнтуриые зависимости парамьтров решеток иус.тонитиоа и мартьнсвтних фаз при мсртинситннх приаращениях: а - ЬГ->R в сплаве Т1к,М147?е3; б - В2->В19' и сплаве

Т1Ь()Н115С1;5; в

йа->В19 я сплаве Tl5fJNI3Q(Ju2(r

температура. Оказалось, что при тошсгошш температур« и приближения к точке М3 Г{->1319' мартанситного превращетм интенсивности линий дублота, как и в случае предмартенситного состояния В2-фззи, начинаот изменяться, аномально уменьшаясь, п полностью обратит по температуре'.

В_четаертой_главо "Продаартонситнпв явления в В2-сплавах пиколида титана" методами измерения температурных и концентрационных зависимостей модулей упругости, рентгено-дафрактомэтрш, злектроппой микроскопии, шкродифракции электронов и диффузного рассеяния ропгвновскпх лучей на ионо-и поликристаллах изучены продкартонситшзе состояния в В2-сплзвах никелвдв титана Т1-Н1, Т1-П1-?е, Т1-И1-Си, испытывающих разные последовательности мартепсптннх превращений и отличающихся предмартенситннш состояния™. К моменту постановки работа модули упругости били измерены лишь на одном сшшве пиколида титана аквпа'тошого состава в узком температурном интервале.

Исследования показали, что в стабильном Е2-совдгсцошщ модули упругости слабо завпсят от тегшоратури. С понижением концентрацил железа в сплавах и температур« эксперимента значения модулей упру1'ости у?гэньиаются. Это свидетельствует с заметном уменьшения стабильности В2-катр;иц/ по отношению к упругим деформациям, вплоть до точки нартенситного превращения. В сшивах 'И-Ы1-Ре пород В2->П мартэкситным превращением болоо сильное размягчение нспытивает модуль С^. В сплавах 1'1-К1-Си перед В2->В19(В19') мертенснпшм превращением сильнее размягчается модуль С. Наш впервые на В2-сплавах никелида . титана обнарудан новый тип првдмартонситной неустойчивости пород В2-Ж мартенсптшм превращением, когда заметное уменьшение модулей упругости С,,, С'.и С4д происходит в условиях близких к изотропным, т.е. А^С44/С'«1 (рнс.4). В связи с этим, иблизи В2->И нартенситного превращения сопротивление кристаллов упругой сдштговой и продольной деформации по всем системам сдвига становится аномально низким.

Но аномальным температурным зависимостям иптеисивностой брзггопских отражений и упругих постоянных С^. изморенных ча одних и тех же сплавах, были определены температуры Добап и

среднеквадратичные смещения атомов, динамические <U„>_Itl и

Рис.4. Температурные зависимости параметра упругой анизотропии А сплавов никелида титана (данные по параметру упругой анизотропии А сплава T15qN150 приведены в статье Kercler 0.,Helton K.N., Gremand G.,Hagl J.//J.Appl.Phys.-1980.-V.51. -N.3.-P.1833-1834.

статические <и£>„т. Установлено, что в стабильных сплавах с

о Ц1 о о

уменьшением тешвратурц кривив <и^>Д1Ш и <и^>ст И!9ОТ •лииа&шй

характер. В сплавах, испытывающих мартенситное превращение,

вблизи температуры мартенситного превращения значения <ги|>ст

резко возрастают. Обнаруаенннв аномалии сопровождаются

появлением интенсивного диффузного рассеяния, связанного со

смещением атомов и искаиопияш кристаллической решетки и

прогрессирующего по мзро приближения мартенситного

превращения. Нами впервые били выполнена эксперименты по

диффузпоглу рассоянию рентгеновских лучей на монокристаллах

зтих сплавов. На рентгенограммах наряду с брэгговскши

отражениями наблюдались области диффузного рассеяния в виде

пятен и полос, образующие узоры различной гэоттрип, при этом

£

более интенсивными являются тяли по направлениям <110> и <112>*. В методе диффузного рассеяния рентгеновских лучей информация является усредненной по объему массивного образца. ГТроспечпвоэкцая электронная гднроскопия и ■ тфодвфр8кцня электронцп ¡шляются локальпши методами высокого разрешения, позюлящжет-изучать эволщща гяжроструктурних изконешй в сплавах на субатомном уровпо„ Показано, что при приближении к температуре мартенситного преврагдения, в для сплавов 10-15 ат.% при низких температурах на. электроногрег&мх усиливаются тяш диффузного рассеяния, прогодгацдо через брэгговскив рефлекса (ишслгачея ООО). На злектрснограчашх сплавов, испытывающих глартенситное превращение, заметное диффузноо рассеяние в виде тяжой наблюдается уке при тешературах ей 100-200 0 ваше точки начала мартенситного превращения. Интенсивность областей диффузного рассеяния вблизи рефлексов выше, чек между ниш. Наиболее интенсивные тики наблюдались вдоль направлений <11 О* и <112>*.

Дальнейшее пониже гаю температуры приводит к появлении в сплавах Т1-Ш-Ре заметных сгущений диффузного рассеяния в положениях близких 1/3<110>* и 1/3<112>*, а в сплавах Т1-Л1-Си - 1/2<110>*, интенсивность и четкость которых возрастает с понижешюм тешературы. Характерные особенности областей диффузного рассеяния - периодичность, закономерные погасания и усиления в определенных местах обратной' решетки, нарастание интенсивности областей диффузного рассеяния с увеличением

углов дифракции - однозначно свидетельствуют о его щюисхоадении, обусловленном наличием целого спектра смещений атомов. На алектрошю-мтсроскопичвских изображениях при приближении к точке мартеиситногс) превращения, особенно на сателлитной стадии, наблюдается твидовый дифракционный контраст, наиболее яркий вблизи' контуров экстивкции. Следовой анализ показал, что полосы твида ориентированы вдоль определенных кристаллографических направлений и являются следами пересечения поверхности фольги в основном плоскостями типа (110). Твидовый контраст и обнаруживаемое диффузное рассеяние имеют общую природу, которая заключается в наличии атомных смещений, коррелирующих по определенным кристаллографическим направлениям и локализованных в микродоменах. Итак,, исследование сплавов Т1-№-?е позволили разделить и поэтапно проанализировать предпереходныв явления в В2-сплавах перед В2->К мартенситным превращением.

Таким образом, в сплавах никелида титана перед термоупругими мартенситными превращениями наблвдаотся аномальный (нелинейный) характер температурных зависимостей р, С,,, С', С44, параметра упругой анизотропии, температуры Дебая и среднеквадратичных смещений атомов, нарастание диффузного рассеяния рентгеновских лучей и электронов. Природа' атих аномалий заключается в формировании спектра 'атомных смещений, локализованных в микрообластях, в преддверии мартонситного превращения. По мере размягчения модулей упругости с,,, с* и С44 амплитуда и корреляция таких дефектов тша смещений нарастают в плотноупакованных плоскостях. Это приводит к локальному упорядочению- смещений атомов типа <ИО>ОТО> и {112)<11т> в микрообластях, описываемых ближним порядком смещений атомов Б11С, и, соответственно, к усилению тяжей по <110 * и <112>*. Внутренняя структура субмикродрменов с атомными смещениями и их симметрия уже вь совпадают со структурой и симметрией исходной матрицы, но тесно связаны с •чей. Появление сателлитов на диффузных тяжах можно рассматривать как следующий этап предмартенситшн-о состояния, связанного с образованием "несоизмеримых" промежуточных структур сдвига (ПСС), локализовании* внутри микродсмеаов, внутренняя структура которых приближается к структуре

образующихся мартенситных фаз. Внутренняя структура ПСС определяется в основном упорядочением (типа "утроения" - ПСС-1 или "удвоения" - ПСС-2) коротковолновых смещений атомов преимущественно по плоскостям типа {110)<1т0> и {112)<11т>. С приближением к точке мартенситного превращения размер доменов и степень совершенства их внутренней структуры нарастает.

Анализ полученных дифракционных данных и результаты измерений упругих постоянных и других физических свойств позволяет построить спектры отошла смещений и их эволюцию в предаартенситной области состояния (рис.5).

Рис. Б. Cxefsi перотасовочных волн смещений атошв тина

1/3<112>k.<1lT>Q; 1/3<110>k,<lTo>e; 1/2<110>í{,<lT0>e.

Итак, структурными предвестниками кристаллов R-мартенсита являются домены типа утроения (ПСС-1), а В19 и В19'-домены типа удвоения (ПСС-2).

Влштой-Главо "Особенности фазовых и структурных превращений в В2-сплавах системы N1-A1" методами рентгеноструктурного анализа и электронной микроскопии исследованы особенности фазовых и структурных превращений в В2-сплавах ннкелида алюминия, способных испытывать тормоупругие мьртенситные превращения. В птих сплавах, как и в В2-солавах никелида титана, в проддьерии мартенситного превращения обнаружены предмартенситнш аномалия: размягчение модулей упругости С' и Св-1/3(С44+2С') и возрастание упругой анизотропии, аномальное снижение ннтенсивностей брзгтоиских отражений, диффузное рассчяние электронов, а такжо твидовый электронно-микроскопический контраст. Полученные двшок,

М \т

указывают на ряд особенностей поведения макроскопических характеристик никель-алюминиевых В2-сплавов при уменьшении температуры и концентрации алшшшя. Уменьшение содержания алшиния в сплавах (ниже 50 ач.%) сопровождается дестабилизацией. В2--матрица: уменьшайся модули упругости С* и Cfl, характеризущие сопротивление упругим сдвиговым

деформациям типа Í11Ú)<1T0> в С112X1 lT>; и температуры Дебая; увеличиваются среднеквадратичные статические смещения атомов <и|>от и температуры мартенситных превращений. .

По данным рентгеноструктурюго анализа были определены кристаллические структуры аустенита и мартенсита, температуры мартенситных превращений, цостроена диаграмма мартенситных превращений 'и температурный интервал првдмартенситвого состояния.. ' • ч

Установлено, что в предмартенситной области температур среднеквадратичные статические смещения атомов 5 являются кристаллографически анизотропными:наибольшее смещение атомов происходит вдоль нащювлений <110>, несколько меньше по <100> и еще меньше го <112*. ••.-.•'••

На элвктронао-мшфоскопических изображениях ^ метастабиль-ных сплавов NItAJ, иаблвдалСя твидовый контраст,. Элвктронно-микроскопические исследования никель-алшиниевых сплавов при разных усКорадОД* напряжениях 1Й0, 200, 1000 кВ повдзада, что толщина фольги . [фактически не влияет на интенсивность твидового контраста. На алектронограшех В2^сплавов кроме брагговских рефлексов наблюдаются области диффузного рассеяния . в виде полос или тяжей, дайузных пятен и сателлитов - вблизи рефлексов а между ними. Наиболее сильцое рассеяние имеет место вдоль вд1фавлений.<*.1Ь>* и ^112>*. Доказано, что диффузные пятна вблизи брагговских рефлексов, (по 2, 3, 4 или б в зависимости от плоскости дифракции и индексов likl), связаны с проксл'авд сферы отражения тяжей по <110>* и <112>*, которые расположена наклонно к плоскости дифракции. При приближении к точке март&нситного' превращения интенсивность и четкость диффузного рассеяния нарастает;па тяжах по <110>* и <112>* иояамнлся усиления интенсивности в положениях близких 1/6<1Ю>\ 1/3<VÍ0>*. 1/2<110>\ 1/3<И12)-*, 1/3<111>*. 2/Зс111>*. Особых докезательств потребовало утверждение о

наличии сателлитов типа 1/б<110>*, т.к: они располагаются близко к рефлексам и могут быть обусловлены "проколами" сплошными тяжама по <110>* плоскости дифракции.

В дифракционных экспериментах, по нагреву ЗИ-мертенсита сплавов N1-11 обнаружены явления во многом аналогичные предмартенситннм, которые рассматриваются как продперэходиие перед обратным ЗИ->В2 мартенситным превращением.

Построены модели локализованных никродомонных состояний типа ПСС, основанные на анализе дифракционных исследований.

Завершают диссертацию заключение а , список цитируемой литературы.

основные шведа'

1. Для исследованных в широком - диапазоне температур и концентраций В2-сшшвов систем Т1-И, Т150К150_уСиу и М1-А1 построены диаграммы н установлены последовательности термоупругих мартеяситных превращений. ■ Аттестованы типы кристаллических структур высокотемпературной аустенитной н мартэнситных фаз, .определены температурно-ковдентрациотшые зависимости параметров их элементарных ячеек.

2. Установлено, что в интервале температур 100-150°, примыкающем к мартенситным- точкам, в сплавах формируется особое прёдпереходное состояние, характеризуемое размягчением модулей упругости и определенных мод смещений атемов и сопровождаемое диффузным рассеянием и. твидовым электронно-микроскопическим контрастом. Микродоменная структура предпереходного состояния описывается моделями локализованного ближнего порядка смещений атомов (БПС), переходящего да сателлитной стадии в промежуточные субструктуры сдвига (ПСС). При этом решетка матрицы сплавов сохраняет в среднем исходную кубическую симлетрию.

3. Показано, что • внутренняя структура и симметрия микродомевов типа смещений отличаются от исходной аустеаитной и приближаются к мартенситвой. В сплава* И-М-Ра преобладают микродомепы, вызывающие ромбоэдрические искажения. В сплавах Tl.-Nl.-Cu микродомены приводят, к тетрагональным (нет орторомбическим) искажениям. Б сплавах Т1-Н1, бинараых или

малолэгированных третьими компонентами, сосущи стпуит тв и другие микродомены. В сплавах N1-A1 образование микродомошюй структуры обеспечивает тетрагональные искажения В2-катрицы.

4. Доказано, что продмартенситные микродоме шше состояния являются предвестниками мартенситных превращений, генетически с ними связанными, в микродомены типа смещений фактически яшшются своеобразными зародышами будущих мартенситных кристаллов.

6. Обнаружено, что предпероходзшо явления шгут реализовывяться а в мартенсите перед следующим мартопсит-мартенситным Л->В19' переходом в сплавах никелдца титана. На примера ЗИ-мартоиситп сплавов никелидо олюмшшя показано, что во многом аналогичше продпереходные явления имеют место перед обратным 3R->B2 мартенситным превращением.

G. В экспериментах in altu обнаружено, что при охлавдепии тгжо Иа кристоллы мартенсита образуются в теле зерен как по "гомогенному" механизму из микродоменов типа смещепий, так и гетерогешю: на дефектах структуры (включениях второй фазы, субграницах и границах зерен).

7. При изучении особенностей микроструктуры мартонситпых фаз установлено, что мартенсит имеет пакетную морфологию пластинчатых кристаллов, находящихся, в основном, в попарно-двойниковом размерно-ориентациояном соответствии. Внутри кристаллов R-мартенсита сплавов никелида титана присутствуют только антифазные доменные границы (АФГ). BI9- и BI9'-мартенситы атих сплавов содержат хаотические дефекты упаковки по (001)м и микродеойпики по (11Т)Н- Внутри 711 и ЗП-мартепситов никель-алюминиевых сплавов хаотические дефекты упаковки и микродвойники образуются по системам сдвига типа {101 }<10'Г>В2 и.

Основные результаты, составлявшие содержание диссертационной работы, достаточно полно изложены в следующих работах: 1. Павлова С.П., Юрчанко Л.И. Првдпереходныо состояния и мартенситные превращения в сплавах на основе N1-A1 с В2-структурой //Ускорение научно-тех1шческого прогресса в металловедении и термической обработке сталей и сплавов: Тез.докл.Ю-й Уральской школы металловедов-термистов. -Устинов, 1987.-С.98.

2. Путин В.Г., Хачин В.Н., Кондратьев В.В., Муслов< С.А.'.Павлова С.П., Црченко Л.И. Структура и свойства В2-соединений титвна. 1.Предаартепситнне явления //<1Ш.-1983.-Т.66.-Вып.2.-С.350-358.

3. Г)рчвнко Л.И. Изучение предпереходных явлений в В2-сш]авях на основе никелида титана и алюминия //V Всесоюзное совещание по старению металлических сплавов: Тез.докл. -Свердловск, 1989.-С.112'

4. Зельдович В.И., Пущин В.Г., Фролова H.D., Срченко Л.И.. Собянина Г.А., Шевченко И.А.'Влияние старения на структуру и мартенситнне превращения в пикелиде титана // V Всесоюзное совещание по старению металлических сплавов: Тез. докл.-Свердловск, 1989.-С.122.

б. Пушин В.Г., Павлова С.П.. Срченко Л.И. Исследование предпереходных состояний и мартенситного превращения в Вг-сплевах N1-A1 //mi.-I989.-T.67.-Bun.I.-C.1G4-174.

6. Хачин В.Н., Пушин В.Г., Сивоха В.П., Кондратьев В.В., Муслов С.А., Воронин В.П., Золотухин Ю.С., Срченко Л.И. Структура и свойства В2 соединений титана. III Мартепситные нревращения//ФММ.-1989.-Т.67.-Вып.4.С.75б-76б

7. Хачин В.Н., Срченко Л.И., Воронин В.П. Фазовые превращения и структура сложнолегированных сплавов на основе, интерметаллического соединения В2-ТЩ // V Всесоюзная конференция по кристаллохимии интеркетал-личоских соединений: Тез.докл.-Львов,198Э.-С.50.

8. Khachln. V.N., Pushln V.G., Yurchenko L.I. Pretransltlon structural phenomena, phase tianöltlon and specific properties of B2-T1 based compounds with, shape memory effects // Twelfth European Crystallographlc Meeting: Abst.-Moscow,USSR,1989.-P.361

9. Зельдович В.И., Пушин В.Г., Фролова H.D., Хачин В.Н..Срченко Л.И. Фазовые превращения в сплавах никелида титана.I.Дилатометрические аномалии//4Ш.-1990.-J68.C. 90-96

10. Срченко Л.И., Шевченко И.А. Кристадлоструктурные исследования предпереходных явлений и мартенситных превращений в В2-сшшвах никелида титана с эффектом памяти формы //Фазовые превращения - Э0:Тез.докл школы-семинара молодых ученых и специалистов по проблемам фазовых

превращений в твердом тола.-Москве,1990.-С. 23

11. Юрченко Л.И. Изучение предпереходных и структурных состояний и терлюупругих мартенситных превращений в В2-сплавах.//Фазовые превраще1Шя-90:Тоз.докл. школы-семшара молодых ученых и специалистов по проблемам фазовых превращений в твердом теле.-Москва, 1990.-С.2G

12. Пушан 6.Г., Юрченко Л.И. Преддереходные явления, особенности макроструктуры Н-мартенсита и шханизм R<=>B19* перехода //Структура дефекты и свойства ультрадисперсвых, квазикристаллическнх и аморфных материалов: Тез. докл. V Всесоюзный семинар: Структура дислокаций и механические свойства металлов и сплавов. -Свердловск,1 SSO.-С.26.

13. Пушин В.Г., Юрченко Л.И. Прямое наблюдение термоупругих мартенситных превращений в сплавах .системы N1-T1 и Ni- AI //Структура дефекты и свойства ультрадисперсных, квазикристалжческих и аморфных материалов: Тез. докл. V Всесоюзный семинар:Структура дислокаций и механические свойства шталлов и сплавов.-Свердловск,1990.-С. 190

14. Цутаин В.Г., Юрченко Л.И., Хачин B.H., Иванова Л.Ю. Предпереходвыв состояния и мартенситные превращения в тройных г четверных В2-сплавах на основе Nl-Ti-Cu //Структура и свойства немагнитных сталей: Тез.докл. V Вснсоювного совещания. -Свердловск,1991.-С.37.

15. Цушш В.Г., Юрченко Л.И., Иванова Л.Ю., Хачин В.Н. Особенности предпереходных явлений и мартенситных превращений з В2-сшювэх на основе кикелида титана, легированных келезом и кобальтом.//Структура и свойства немагнитных сталей: Тез.докл. V Всесоюзного совещания. -Свердловск,1991.-С.38

16. Зороыда В.П., Хачин В.Н., Путин В.Г., Юрченко Л.И. Иартенситнш превращения в многокомпонентных сплавах на основе титана // Всесоюзная конференция по мартенситным превращениям в твердом теле:Тез.докл.-Косово,1991 .-С. 14G.

17. Зельдович В.И., Пушин В.Г., Хачин В.Н.. Собянина Г.А., Юрченко Л.И., Особенности мартенситных превращений в стареющих сплавах никелида титана //Всесоюзная конференция по мартенситным превращениям в твердом тела:

Тез.докл.-Косово,1991.-С.221.

18. Зельдович В.И., Путин В.Г., Хочин В.Н., Собянина Г.А., Юрченко Л.И., Особенности мартенситных превращений в стареющих сплавах никелида титана //В кн. Доклада всесоюзной конференции по иаргенситпнм превращениям в твердом теле.-Киев, ИМЕТ АН.. Украины, 1992.-С.330-333.

19. Зельдович В.И., Иванова Л.13., ПушинВ.Г., Собянина Г.А., 1Эрчвнко Л. И.,' Особенности старения в В2-сплавах системы Т1-М с эффектом памяти формы //VI Совещание по старению металлических спЛавов:Тез.докл.-Екатеринбург, 1992.-С. 100.

20. Зельдович В.И., Пушин В.Г., Хачин В.Н., Собянина Г.А., Ерченко Л.И., Ринкевич О.С., Фролова Н.Ю. Исследование влияния старения на мартенситные превращения в сплавах никелида титана //VI Совещание по старению металлических С1хл8вов:тэз.докл.-Екатеринбург,1992.-С.101.

Отпечатано на ротапринте ¡1ФМ _Ур0 РАН тираг 80 зак.88

формат 60x8'» 1/16 объем'I печ.л. 620219 г.Екатеринбург ГСП-170 ул.С.Ковэловской, 18