ИССЛЕДОВАНИЕ НЕТИПИЧНОГО ТЕПЛОВОГО ПОВЕДЕНИЯ КРИСТАЛЛИЧЕСКОЙ РЕШЁТКИ МАРТЕНСИТА В УПОРЯДОЧЕННЫХ И НЕУПОРЯДОЧЕННЫХ СПЛАВАХ С ПАМЯТЬЮ ФОРМЫ НА ОСНОВЕ Текст научной статьи по специальности «Физика»

ИССЛЕДОВАНИЕ НЕТИПИЧНОГО ТЕПЛОВОГО ПОВЕДЕНИЯ КРИСТАЛЛИЧЕСКОЙ РЕШЁТКИ МАРТЕНСИТА В УПОРЯДОЧЕННЫХ И НЕУПОРЯДОЧЕННЫХ СПЛАВАХ С ПАМЯТЬЮ ФОРМЫ НА ОСНОВЕ

ТИТАНА

Дубинский С.М., Страхов О.В., Щетинин И.В., Коротицкий А.В., Баранова А.П.,

Прокошкин С.Д.

Национальный исследовательский технологический университет «МИСИС»,

Москва, Россия [email protected]

В настоящее время опубликовано большое количество научно-исследовательских работ, посвящённых изучению сплавов с памятью формы. Интерес к их исследованию вызван тем, что данные материалы имеют практический потенциал. Так, сплавы с памятью формы системы Ti-Ni используются в технике и медицине, а сплавы Ti-Zr-Nb являются перспективными материалами для применения в имплантологии и протезировании. Отличительными особенностями данных материалов являются эффект памяти формы и сверхупругость, которые реализуются за счёт термоупругого мартенситного превращения Б2^Б19' в случае сплавов Ti-Ni и ß^-a'' в сплавах Ti-Zr-Nb. Величина деформации, которую материал может накопить и вернуть в результате мартенситного превращения называется кристаллографическим ресурсом обратимой деформации и определяется разницей параметров решёток аустенита и мартенсита. Ввиду этого исследованию кристаллических решёток мартенсита и аустенита уделяется большое внимание, в частности изучается их поведение при нагреве. Так, аустениты обоих сплавов имеют кубическую решётку и расширяются при увеличении температуры. Но мартенситы Б19' и a'' имеют моноклинную и орторомбическую кристаллические решётки соответственно и сжимаются при нагреве по некоторым кристаллографическим направлениям, стремясь к «генетически» связанным параметрам решетки мартенсита. Однако, отсутствуют исследования, показывающие сохранение симметрий решеток мартенситов при таком анизотропном изменении их параметров. Кроме того, нерешенным остается вопрос о существовании скоростную или временную зависимость параметров решеток мартенситов.

С целью изучения неклассического поведения кристаллических решёток B19'-и a''-мартенситов при нагреве было проведено рентгенографическое in situ и ex situ исследование в температурном диапазоне от <-180 °C до 70 °C (Ti-Ni) и от <-180 °C до 150 °C (Ti-Zr-Nb) со скоростями нагрева/охлаждения в диапазоне от 0,03 °С/сек до >50 °С/сек, включая выдержку в течение 12 часов при температуре выше Ан и 30 дней при комнатной температуре. Параметры решёток B19'- и a''-мартенситов рассчитаны с учётом критерия Фишера методом наименьших квадратов, разработанного к.ф.-м.н. А.В. Коротицким.

Таким образом, показано, что параметры кристаллических решёток Б19' и a'' мартенситов при нагреве изменяются анизотропно и стремятся к «генетически» связанным параметрам решёток аустенитов Б2 и ß. Данные параметры обратимы и сохраняют свои значения даже при температурах выше Ан и не зависят от скорости охлаждения - нагрева в диапазоне температур от -180 °C до интервала мартенситного превращения. Ширина рентгеновских линий мартенситов Б19' и a'', а также форма их пиков и критерий Фишера, значение которого не превышают критического, остаются постоянными. Кроме того, при протекании обратных превращений Б19'^Б2 и a''^ß не наблюдаются явления, подобные предмартенистным.