Анализ поведения моделей силовозбудителей, содержащих элементы из сплавов с памятью формы

-2-
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение.......................................................................5
Глава 1. Механические свойства сплавов с памятью формы типа никелида титана в связи с происходящими в них фазовыми переходами.................................9
1.1. Механические свойства сплавов с памятью формы, связанные с термоупругими мартенситными фазовыми превращениями............................................9
1.2. Физические и механические свойства никелида титана при ромбоэдрическом фазовом переходе...............................................................14
Глава 2. Экспериментальное исследование поведения витых пружин смещения из
никелида титана при двухэтапном фазовом превращении............................22
2.1 Вводные замечания....................................................... 22
* * » • V'
2.2. Материал, образцы и методика проведения эксперимента......................25
2.3. Результат исследования электрического сопротивления. ....................27
2.4. Изотермическое нагружение пружин..........................................36
2.5. Петли деформационного гистерезиса при действии невысокой постоянной нагрузки и неглубоком охлаждении (В2 <=> Я - превращение)............................. 41
2.6. Зависимость максимального удлинения пружин от приведенной нагрузки на этапе В2 => Я превращения............................................................66
2.7. Развитие деформации при нагреве пружины под нагрузкой из мартенситного состояния......................................................................67
2.8. Явление ориентированного В2 Я — превращения...............................76
2.9. Петли гистерезиса при глубоком охлаждении или при высокой дополнительной нагрузке (двухэтапное В2 О Я <=> В19'-превращение).............................84
Глава 3. Модель поведения витых пружин смещения из никелида титана при фазовом Я - превращении................................................................99
3.1. Характерные температуры двухэтапного прямого превращения..................99
3.2. Аналитическое описание диаграммы В2 О Я - фазового перехода..............105
3.3. Определяющее уравнение для фазовой деформации при прямом и обратном Я - превращении...............................................................106
3.4. Аналитический метод решения несвязных краевых задач о прямом R - превращении................................................................109
3.5. Описание линейной переходной зоны между В2 => R и R=>B19' превращениями..................................................................113
3.6. Определение значения параметра материала с0.............................115
Глава 4. Исследование механического поведения силовозбудитслсй, содержащих элементы из сплавов с памятью формы............................................125
4.1. Анализ поведения силовозбудителя, содержащего стержень из СПФ и контртело в виде постоянного груза.........................................................125
4.1.1. Принципиальная схема устройства. Постановка задачи....................126
4.1.2. Анализ процессов задания начальной деформации.........................128
4.1.3. Анализ работы активатора в случае задания начальной деформации с помощью явления прямого мартенситного или R - превращения..............................129
4.1.4. Деформационно - силовая диаграмма активатора..........................134
4.2. Описание поведения активатора, содержащего пружину из СПФ и контртсло в виде постоянного груза (несвязная постановка)................................139
4.2.1. Аналитическое решение задачи о поведении активатора в несвязной постановке.....................................................................139
4.2.2. Алгоритм численного решения задачи о поведении активатора в связной
постановке...................................................................142
4.3. Описание поведения активатора, содержащего стержень из сплава с памятью формы и упругую пружину смещения...........................................143
4.3.1. Постановка задачи.....................................................143
4.3.2. Разрешающие уравнения.................................................144
4.3.3. Описание поведения активатора при прямом превращении..................147
4.3.4. Определение оптимальной жесткости элемента смещения...................151
4.3.5. Описание поведения активатора при обратном превращении (рабочий ход). 155
4.3.6. Деформационно-силовая диаграмма активаторов оптимальной жесткости. 158
-4-
4.4. Описание поведения активатора, содержащего пружину из СПФ и упругую
пружину смешения...........................................................161
4.5.Описание поведения кольцевых пластинок из СПФ как элементов дисковых пружин и механически активных сильфонов.............................................170
4.5.1. Постановка задачи.......................................................170
4.5.2. Упругое решение для элемента дисковой пружины...........................172
4.5.3. Решение задачи о прямом превращении в пространстве изображений 173
4.5.4. Решение в пространстве оригиналов.......................................174
4.5.5. Прямое превращение в защемленной кольцевой пластине как элементе дискового
сильфона из СПФ................................................................174
Заключение.....................................................................180
Библиографический список использованной литературы.............................183
-5-
ВВЕДЕНИЕ
Сплавы с памятью формы типа никелида титана обладают уникальными механическими свойствами. К этим свойствам относится:
- способность накапливать деформации прямого превращения до 10% при охлаждении под относительно небольшой нагрузкой;
способность к продолжению деформирования в ненагруженном состоянии в сторону ранее приложенной нагрузки после ее снятия за счет явления ориентированного превращения;
- способность вспоминать свою форму при нагреве через интервал температур обратного превращения не зависимо от того, действует или нет какая-либо нагрузка;
- способность генерировать в процессе обратного превращения реактивные напряжения, величина которых для никелида титана доходит до 800 МПа, а для некоторых его модификаций - до 1600 МПа;
способность к реверсивному формоизменению при монотонном нагреве; высокая способность к демпфированию в мартенситном состоянии и т.д.
Все эти свойства находят широкое применение в аэрокосмической промышленности, транспорте, энергетике, медицине и других областях промышленности.
Уникальные механические свойства сплавов с памятью формы с большим трудом поддаются описанию на уровне определяющих соотношений, т.е. уравнений, связывающих напряжения, деформации, температуру и параметры фазового состава. Большую сложность представляет из себя постановка и решение краевых задач механики деформируемого твердого тела для этих материалов, что необходимо для анализа поведения соответствующих элементов конструкций.
Уникальные механические свойства СПФ связаны с происходящими в них термоупругими фазовыми превращениями. Для сплавов типа никелида титана это, прежде всего, открытые Г.В. Курдюмовым и Л.Г. Хандросом мартенситные превращения, т.с. переход из аустенитной фазы с объемноцентрированной кубической кристаллической решеткой в моноклинную с искажениями мартсиситную фазу и обратно. Механические свойства СПФ, связанные с мартенсигными превращениями достаточно подробно изучены экспериментально и описаны в работах В.А.Лихачева, В.Г. Малинина, А.Е. Волкова, О.И. Крахина, С. Абдрахманова, И.Н. Андронова, С.А.Лурье, С.А.И^егз, К.Тапака, О.Г^оибаБ, Р.А. Со2агс11у. и др. Предложены различные системы определяющих соотношений для
-6-
таких превращений. Разработаны методы решения соответствующих краевых задач. В данной работе исследования базируются на предложенной А.А.Мовчаном микромеханической модели поведения СПФ при мартенситных превращениях. Для решения краевых задач применяется предложенный А.А.Мовчаном аналитический метод решения несвязных задач для СПФ, основанном на преобразовании Лапласа по величине объемной доли мартенситной фазы.
Известно, однако, что кроме мартенситных превращений, сплавы с памятью формы особенно с повышенным содержанием никеля или добавками железа могут претерпевать ромбоэдрические фазовые превращения т.е. переход в ромбоэдрическую фазу и обратно. О возможности таких превращений впервые упомянуто в работе G.R. Purdy.
Необходимо отметить, что механические свойства, проявляемые сплавами с памятью формы при ромбоэдрических превращениях изучены значительно меньше, чем свойства, соответствующие мартенситным превращениям. Первые результаты исследования механических свойств никелида титана при ромбоэдрических превращениях опубликованы в работах В.Н.Хачина. Экспериментальному исследованию изотермического деформирования никелида титана при ромбоэдрических превращениях посвящены работы японских авторов под руководством К. Tanaka. Выяснено, что эти превращения в плане технических применений обладают целым рядом преимуществ по сравнению с мартенситными превращениями. Они обладают узким температурным гистерезисом, значительно стабильнее мартенситных превращений в циклических процессах, обладают гораздо большей усталостной долговечностью.
Значительно меньше исследованы механические свойства никелида титана при ромбоэдрических превращениях в неизотермических условиях, когда нагрев и охлаждение происходят под постоянной или кусочно - постоянной нагрузкой. Данные об этих свойствах неполны и часто противоречивы. В частности, не ясно, как зависит от приложенной нагрузки деформация, накапливаемая СПФ при полном ромбоэдрическом превращении. Не известно, имеет ли место для ромбоэдрических превращений явление ориентированного превращения или эффект реверсивного деформирования при монотонном нагреве. Отсутствуют механические определяющие соотношения, описывающие весь комплекс соответствующих явлений. Не развиты методы решения соответствующих краевых задач механики деформируемого твердого тела, необходимые для анализа поведения элементов конструкций.
-7-
Силовозбудители или активаторы, использующие активные элементы из сплавов с памятью формы обладают целым рядом преимуществ перед системами традиционных конструкций. К таким преимуществам относятся:
- простота конструкции и, следовательно, высокая надежность и низкая стоимость;
- на порядок более высокое значение отношения полезной работы к занимаемому объему или к собственной массе, что весьма важно для аэрокосмической промышленности;
- отсутствие шума, электромагнитных полей и других нежелательных сопутствующих явлений.
Проектированию таких активаторов и разработке методов анализа их работы посвящены публикации О.И.Крахина, И.Э.Вяххи, А.Ваг, КЛтат и др.
Следует отметить, что в применении к активаторам многократного действия, использование ромбоэдрического превращения в силу большей стабильности и усталостной долговечности является более выгодным, чем применение мартеисн гного превращения. Однако, в таких силовозбудителях, как правило, происходит неизотермическое деформирование активных элементов, мало изученное для ромбоэдрического превращения как в экспериментальном, гак и в теоретическом планах.
В соответствии с вышесказанным, целью работы является экспериментальное и теоретическое исследование механического поведения при ромбоэдрическом превращении образцов из никелида титана при их нагреве и охлаждении под действием постоянных или кусочно - постоянных нагрузок и использование результатов этого исследования для анализа работы простейших активаторов, содержащих сплавы с памятью формы.
Первая глава работы носит обзорный характер и посвящена описанию механических свойств, проявляемых СПФ типа никелида титана при мартенситных и ромбоэдрических фазовых превращениях.
Во второй главе приведены результаты экспериментальных исследований поведения витых пружин из никелида титана при мартенситных и ромбоэдрических превращениях.
В третьей главе на основании проведенных экспериментов сформулирована и идентифицирована система определяющих соотношений, описывающая механические свойства никелида титана при ромбоэдрических фазовых
-8-
превращсниях. Приведен алгоритм решения несвязных краевых задач механики деформируемого твердого тела для СПФ, испытывающих такие превращения.
Четвертая глава посвящена исследованию механического поведения активаторов различного типа, использующих в качестве механически активных элементов детали из СПФ, претерпевающие мартенситные и ромбоэдрические превращения.
Заключение содержит выводы из результатов работы.
1. МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СПЛАВОВ С ПАМЯТЬЮ ФОРМЫ ТИПА НИКЕЛИДА ТИТАНА В СВЯЗИ С ПРОИСХОДЯЩИМИ В НИХ ФАЗОВЫМИ
ПЕРЕХОДАМИ
1.1. Механические свойства сплавов с памятью формы, связанные с термоупругими мартенситными фазовыми превращениями
Сплавы с памятью формы [35, 38, 69, 95] обладают уникальными механическими свойствами, связанными с происходящими в них фазовыми превращениями. В данном пункте кратко описаны те свойства, которые проявляются при термоупругих мартенситных превращениях, т.с. при фазовых переходах из аустенитной фазы, имеющей объем но-центрированную кубическую решетку, обозначаемую обычно как В2 в мартенситную, имеющую моноклинную кристаллическую решетку с искажениями, обозначаемую как В19', и обратно [34].
Прямое мартенситное превращение может происходит при охлаждении через соответствующий температурный интервал (М!.,МГ). При этом объемная доля мартенситной фазы чм возрастает от нуля до единицы. Обратное мартенситное превращение происходит при нагреве через интервал температур (А5,АГ). При наличие механических напряжений температуры М5, Мг, А,., Аг изменяются (как правило -растут). В [52] зависимость характерных температур от напряжений записана в виде:
м> = М" + кмаи Мг=М?+кма„ А5=А5°+кма(, Аг=А?+кмст{
Здесь а, -интенсивность напряжений, М^, М°г, А®, А^ - значение соответствующих
температур в свободном от напряжений материале. Методом наименьших квадратов на основании экснеримент&тьных данных, приведенных в [69] для никелида титана получено
значение км =0.2°С/МРа.
В [40] установлено, что характерные температуры мартенситных превращений меняются не только при изменении напряжений, но и с ростом фазовых деформаций. В [48.61] для учета этой зависимости предложено считать, что температуры перехода зависят от интенсивности некоторого тензора, являющегося линейной комбинацией девиатора напряжений и фазовых деформаций.
-10-
При прямом мартенситном превращении происходит падение жесткости материала, а при обратном - ее рост до прежнего уровня. По данным [26] модуль Юнга Е никелида титана при прямом мартенситном превращении может уменьшаться в три раза (со значения 84000 МПа в аустенитном состоянии до значения 24000 МПа в мартенситном состоянии). Коэффициент Пуассона возрастает со значения 0.3 в аустенитном состоянии до значения 0.48 в мартенситном сотоянии.
Если охлаждение происходит в свободном от напряжений состоянии, то оно сопровождается лишь фазовой деформацией изменения объема (так называемый «объемный эффект реакции»). Величина объемного эффекта реакции невелика (сравнима с упругой деформацией) [75]. Следует отметить, что в отличие от обычных материалов, в СПФ при охлаждении через интервал температур прямого мартенситного превращения объем не уменьшается, а растет.
Если прямое превращение происходит при наличие механических напряжений, то оно сопровождается накоплением фазовой деформации изменения формы, интенсивность которой даже для небольших приложенных напряжений может быть весьма велика (до 10%). Для многих СПФ, особенно при небольших напряжениях, деформация полного прямого превращения пропорциональна приложенному напряжению, для других -наблюдается систематическое отклонение от линейной зависимости даже для весьма малых напряжений [35].
Если охлаждение нагруженного образца происходит при сложном напряженном состоянии, то для многих СПФ девиатор фазовой деформации при полном прямом превращении пропорционален девиатору приложенных напряжений. Коэффициент пропорциональности может быть постоянной величиной (в этом случае фазовая деформация пропорциональна приложенному напряжению), или зависеть от интенсивности напряжений (в этом случае получается нелинейная зависимость), однако, в обоих случаях справедлива гипотеза единой кривой (постулат изотропии) в координатах интенсивность напряжений - интенсивность деформаций. В некоторых работах [2] наблюдались систематические отклонения от гипотезы единой кривой, заключавшиеся в том. что диаграмма в координатах интенсивность напряжений - интенсивность фазовых деформаций зависела от вида напряженного состояния.
Если в некоторой точке процесса прямого превращения приложенное напряжение снимается, то в материалах типа никелида титана, или сплавах на основе меди при дальнейшем охлаждении ненагруженного материала деформации продолжают расти в сторону ранее приложенного напряжения, хотя и с меньшей скоростью, чем в случае,
когда напряжение не снималось. Это явление, характерное только для сплавов с памятью формы, было обнаружено в [10]. В [39,41,70,71,76] данный эффект подробно исследован и качественно объяснен. Его причина состоит в том, что кристаллы мартенсита, зародившиеся тогда, когда еще действовало напряжение и ориентированные этим напряжением, продолжают развиваться в том же направлении, хотя напряжение уже отсутствует. В соответствии с данным объяснением эффект получил название явления ориентированного превращения [35]. В [50,53,56] это явление впервые было описано количественно на основе микромеханической модели поведения сплавов с памятью формы.
Пусть образец или элемент конструкций из СПФ за счет явления прямого превращения приобрел некоторую фазовую деформацию. Если его теперь нагревать через интервал температур обратного мартенситного превращения, то эта фазовая деформация будет монотонно исчезать (явление монотонной памяти формы). Коренное отличие процессов изменения деформации при прямом превращении и при обратном превращении состоит в том, что для первого необходимо действие некоторых, хоть и небольших напряжений, а второе происходит независимо от того имеются в теле из СПФ какие -либо напряжения или нет. Болес того, если в процессе нагрева препятствовать восстановлению формы материала, то в нем возникнут напряжения достаточно большой величины (так называемые реактивные напряжения), которые значительно (на порядок) могут происходить напряжения, действовавшие при создании фазовой деформации в процессе прямого превращения. В никелиде титана реактивные напряжения могут доходить до 800 МПа, а в некоторых его разновидностях - до 1600 МПа [35]. Именно способность к восстановлению формы при обратном превращении и к генерации высоких реактивных напряжений является основой большинства практических применений этих материалов.
Явление памяти формы имеет место не только после создания фазовой деформации при прямом превращении. Начальная фазовая деформация может быть получена и при активном изотермическом нагружении в мартенситном состоянии, куда материал переводится путем охлаждения через интервал температур (М5,МГ) в свободном от
напряжений состоянии. Однако этот способ задания начальной деформации обладает рядом недостатков. Во-первых, он требует значительно более высоких механических усилий. Во-вторых, при задании начальной деформации с помощью явления прямого превращения под напряжением значительно выше максимальная полностью возвращаемая
деформация при последующем нагреве и выше коэффициент возврата деформаций, если она возвращается не полностью.
Тем не менее, на практике в качестве способа задания начальной деформации чаще всего используется изотермическое активное деформирование в мартенситном состоянии, поскольку, во-первых, эта процедура проще осуществляется технически, а во-вторых, вызывает затруднение теоретическое описание накопления деформаций при прямом превращении под действием приложенных напряжений. Необходимо отметить, что в таких циклически работающих устройствах, содержащих активные элементы из СПФ, как термомеханические двигатели, силовозбудители неоднократного действия и т.д. полуцикл деформирования при охлаждении происходит, как раз, при прямом превращении под действием, как правило, переменных напряжений.
Пусть прямое превращение в образце из никелида титана происходит под действием напряжения, которое, сохраняя постоянный модуль, меняет знак в некоторой промежуточной точке процесса охлаждения. Деформация будет при этом сначала возрастать, потом, после изменения знака напряжений - убывать. Момент изменения знака напряжений можно подобрать так, чтобы в конечной точке процесса охлаждения фазовая деформация была равна нулю. Если такой, свободный от фазовых деформаций и напряжений образец начать монотонно нагревать через интервал температур обратного мартенситного превращения, то он будет испытывать реверсивные деформации (сначала -в сторону ранее приложенного напряжения, потом - в обратную сторону) [35]. Максимальная амплитуда реверсивных деформаций при нагреве составляет около одной четверти от амплитуды деформаций при предшествующем прямом превращении. Это явление получило название эффекта реверсивной памяти формы. В [50] получено количественное описание этого явления на основе микромеханических определяющих уравнений для СПФ.
В [82,35] описывается еще одна ситуация, в которой при монотонном нагреве возможен процесс реверсивного деформирования. Пусть материал переведен в мартенситное состояние путем охлаждения в свободном от напряжений состоянии. В результате девиатор фазовой деформации, отсчитываемый от аустенитного состояния равен нулю, имеется лишь небольшой объемный эффект реакции. Далее к образцу изотермически прикладывается небольшая нагрузка, вызывающая лишь упругие деформации, величина которых соответствует мартенситным значениям упругих постоянных. Если теперь, не снимая этой нагрузки, начать нагрев материала через интерват температур обратного мартенситного превращения, то сначала образец будет
-13-
деформироваться в сторону приложенного напряжения, потом - в противоположную сторону, с тем. чтобы к моменту полного обратного превращения осталась лишь упругая деформация, величина которой соответствует приложенной нагрузке и аустенитному значению упругих констант. По данным [82] амплитуда этого эффекта может быть сравнима с величиной деформации прямого превращения при тех же напряжениях.
Рассмотрим теперь процессы изотермического активного деформирования СПФ. Пусть изотермическое нагружение происходит в мартенситном состоянии при
J IV! ^
температуре Т>М[\ С ростом напряжения до значения а[н = будут
км
развиваться лишь упругие деформации. Однако, по достижении значениями напряжений
величины а, и дальнейшем росте нагрузки происходит переход от упругого
деформирования к резкому росту деформаций при весьма малом упрочнении. Величина
а!1' иногда называется фазовым пределом текучести, а явление резкого роста деформаций
- эффектом мартенситной неупругости. Деформация мартенситной неупругости может быть весьма велика (в сплавах на основе меди доходит до 18% [35]). Связано это явление с вызванным за счет роста напряжений прямым превращением, происходящим из-за движения диаграммы фазового перехода вправо вдоль оси температур при росте напряжений.
Рассмотрим далее процесс изотермической разгрузки из некоторой точки кривой, соответствующей явлению мартенситной неупругости. Сначала при уменьшении напряжений деформации линейно падают (упругая разгрузка). Пусть температура
испытания удовлетворяет условию Т>А°. Тогда по достижении снижающимися
Т - А0
напряжениями значения а? = — начинается резкое падение деформаций при
весьма малом изменении напряжений. Если Т > , то фазовые деформации снимаются
Т - А0
полностью при о = а'.1 = . Дальнейшее снижение напряжений опять приводит к
км
упругой разгрузке. Изотермический возврат фазовых деформаций при разгрузке называется эффектом псевдоупругости (иногда - резиноподобным поведением) [35]. В рамках микромеханических определяющих соотношений это явление количественно описано в [52].
-14-
Необходимо также отметить уникальные тепло - энергетические свойства сплавов с памятью формы. Известно [35], что при охлаждении, вызывающем прямое превращение, СПФ выделяют тепловую энергию, а при нагреве, вызывающем обратное превращение -поглощают ее.
Способность поглощать механическую энергию СПФ зависит от фазового состояния сплава. В мартенситном состоянии эта способность чрезвычайно велика, в аустенитном - весьма мала. Способность СПФ поглощать механическую энергию в мартенситном состоянии используется в аэрокосмической технике для гашения вибрации.
1.2. Физические и механические свойства иикелида титана при ромбоэдрическом фазовом переходе.
В сплавах с памятью формы (СПФ) типа никелида титана с повышенным содержанием никеля или добавками железа а также при специальной тсрмомомеханичсской обработке кроме термоупругого мартенситного фазового превращения в мартенситное состояние, наблюдается еще и переход из аустенитной фазы в ромбоэдрическую (Я) и обратно.
Я - фаза имеет ячейки кристаллической решетки в форме параллелепипедов с [ранями, имеющими форму ромбов. Превращение такого типа с помощью рентгенографического исследования было впервые обнаружено в [95]. Там же установлено, что в процессе прямого Я - превращения электрическое сопротивление резко возрастает.
В [106] на основании данных рентгеновской и нейтронной диффракции и электронной микроскопии утверждается, что К - превращение в никелиде титана с добавками железа происходит в два этапа, первый из которых является фазовым переходом второго рода, а последующий - фазовым переходом первого рода. Первый этап начинается с температуры Та', сопровождается резким ростом электрического сопротивления, однако элементарная ячейка остается кубической, т.е. дисторсия кристаллической решетки отсутствует. Второй этап начинается с температуры Тк,
несколько более низкой, чем Тк', сопровождается умеренным ростом электрического сопротивления, непрерывным уменьшением угла ромбоэдричности от значения 71/2 до величины 89.3° [127], и соответствующей дисторсией. Кривая зависимости угла
-15-
ромбоэдричности от температуры приведена в [127]. Дисторсия В2<=>Я- перехода существенно меньше дисторсии мартспситного превращения.
В противоречие с выводами работы [106] на основании данных дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК) утверждается, что В2 Я превращение происходит в один этап, являющийся фазовым переходом первого рода. Следуя [18], превращение В2о Я является фазовым переходом второго рода. В качестве основного аргумента выдвигается тот факт, что данное превращение состоит в постепенном искажении кубической решетки во всем объеме материала. Оно не содержит элементов зарождения новой фазы в материнском материале с последующем ее развитием, сводящимся к движению межфазной границы, как это характерно для переходов первого рода, типичным представителем которых является термоупругое мартснситное превращение.
В работах японских авторов [149, 136, 116-118, 147] вводятся уже не две (Тк ',ТК ),
а четыре (М5,,Мг,,А5',Аг') характерные для Я - превращения температуры (буква М
используется для прямого, а буква А - для обратного превращения, индекс э соответствует началу, а индекс Г - окончанию соответствующего перехода. Эти обозначения используются, по-видимому, по аналогии с обозначением температур термоупругих мартенситных превращений М8,МГ,А5,АГ. Однако, если в последнем случае данные обозначения оправданы тем, что буква М соответствует возникновению мартенентной, а А - аустенитной фаз, то в отношении Л - преобразований используемые обозначения никак не соответствуют названиям образующихся фаз.
В [122.123.138] приведены кривые изменения электрического сопротивления р бинарного никелида титана с повышенным содержанием никеля [122.138] и никелида титана с добавкой железа [123] при охлаждении и нагреве через полные интервалы температур превращений в свободном от напряжений состоянии [122,123] и под нагрузкой 200 МПа [138] . Сопротивление Я—фазы выше сопротивления как аустенитной. так и мартенентной фаз. Поэтому при охлаждении в интервале температур (ГК',ТК) электрическое сопротивление резко возрастает, а при нагреве в том же
интервале резко убывает. При охлаждении в интервате температур (ТК,М5) происходит умеренное возрастание электрического сопротивления, сменяющееся его убыванием при охлаждении между М,. и Мг, поскольку электрическое сопротивление мартенентной
фазы ниже, чем ромбоэдрической. При увеличении температуры от Мг до А$
-16-
происходит естественный умеренный рост электрического сопротивления, не связанный с фазовыми переходами. В [122,123] выполнялось условие А5 <ТК, причем в [122] было А,- <ТК, а в [123] А,. »Тк. Здесь с ростом температуры между А5 и Тк началось
несколько более интенсивное возрастание электрического сопротивления, в силу того, что происходит переход из мартенситиой в Я - фазу, с более высоким сопротивлением. При охлаждении между Тк и Тк' сопротивление резко падало (переход Я => В2), при нагреве выше Тк' начинало умеренно возрастать. В то же время по данным [138], где из-за наличия механических напряжений было А$ > Гк и умеренное одностадийное возрастание электрического сопротивления при нагреве между Мг и А5 сменяется его резким падением при дальнейшем нагреве после А5.
Следуя изложенной выше схеме [106], деформация, связанная с фазовым переходом должна отсутствовать или быть весьма малой на участке интенсивного роста электрического сопротивления при изменении температуры между Тк и Тк' (дисторсия отсутствует), и должна интенсивно развиваться при охлаждении ниже Тк\ когда
электрическое сопротивление меняется слабо. Этот вывод опровергнут в [138], где показано, что между электрическим сопротивлением и фазовой деформацией имеется корреляция очень высокой степени, т.е. на участке резкого возрастания электрического сопротивления деформация также резко возрастает. Эти данные, также как и результаты [101] свидетельствуют о неадекватности схемы [106].
Данные о механическом поведении материалов, связанном с В2 <=> Я переходом впервые опубликованы в [80.81]. В [80] приведены кривые почти безгистерезисного обратимог о эффекта памяти формы, связанного с В2 <=> Я — превращением после активной пластической деформации.
В [81] наблюдалось двухэтапное неупругое деформирование при двух различных температурах сплава Т149М131 после специальной термомеханической обработки.
В работе [120] исследовался эффект памяти формы, связанный с обратным Я => В19* переходом в изогнутых образцах из бинарного никелида титана. Дальнейшие исследования механических эффектов, связанных с В2 => Я - превращением, в основном сосредотачивались на изучении активного изотермического деформирования (явление мартенситиой неупругости) и разгрузки (псевдоупругость) [122,123], явления памяти формы после активного изотермического деформирования и реактивных
-17-
напряжений, возникающих при нагреве после активного изотермического деформирования и разгрузки при фиксированных остаточных деформациях [147], циклического активного деформирования и разгрузки [150], сочетающегося с исследованием явления памяти формы и реактивных напряжений, влияния скорости деформаций на перечисленные выше эффекты [117]. С помощью измерения зависимости электрического сопротивления от температуры а также с использованием ДСК получены значения температур начала и конца прямых и обратных реакций В2 О Я.
Результаты этих исследований можно кратко суммировать следующим образом. В2 <=> Я превращение обладает весьма узким гистерезисом. По некоторым данным [101.123] он составляет (1.5 - 4 К.), что более чем на порядок меньше, чем для мартенситных превращений. Однако, следуя [150,118], ширина гистерезиса для В2 О Я превращения может равняться 15К и даже доходить до 40К [18]. Интервал реализации превращения с узким гистерезисом также невелик [18] (3-5 К).
По данным ДСК [101,138,118] в случае охлаждения в свободном от напряжений состоянии бинарного никелида титана с повышенным содержанием никеля или с добавками железа имеются два четко различающихся пика скорости тепловыделения, первый из которых соответствует В2 =г> Я - превращению, а второй - термоупругому мартенситному переходу. Между этими пиками расположена область, где отсутствуют какие - либо аномальные изменения. Таким образом, как правило, при охлаждении свободного от напряжений материала, сначала происходит В2 => Я - превращение после которого - Я=>В19'- переход, между температурным интервалами которых фазовое превращение отсутствует.
В ряде работ [101,18,80] утверждается, что если для рассматриваемого сплава (например - хорошо отожженного равноатомного никелида титана) температура начала прямого мартенситного превращения превышает температуру начала прямого Я-превращения, то при охлаждении сначала происходит переход В2-»В2 + В19\ после чего по достижении снижающейся температурой значения температуры начала В2 Я-перехода, начинается превращение оставшейся еще к тому времени аустенитной фазы в ромбоэдрическую, которая, в свою очередь, при более низкой температуре перейдет в моноклинную фазу. Такой ход событий предполагает, по-видимому. существование не одной, а двух различных температур начала образования моноклинной фазы - из аустенитной и из ромбоэдрической решеток. Ни данных о наличие двух таких температур, ни каких-либо механических эффектов, включая