Особенности никелидов титана
Сплавы на основе никелида титана относятся к категории материалов, обладающих уникальными физико-механическими свойствами, одним из которых является эффект памяти формы (ЭПФ). Эти сплавы находят широкое применение в технике и медицине [8, 9]. Необычные свойства таких сплавов обусловлены проходящими в них структурными и фазовыми переходами (ФП). Основным элементом в соединениях на основе никелида титана является титан, который существует в ОЦК- и ГПУ-модификациях (Тк = 1155 К полиморфного превращения ?>?). Многокомпонентные сплавы титана с Ni, V, Cr, Fe, Co Cu, Pd и другими элементами образуют соединения с В2-структурой, некоторые из которых испытывают термоупругие мартенситные превращений (МП). Важно отметить, что на кинетику, на последовательности МП и на температурные области фазовых переходов влияют как термомеханические воздействия, так и легирование третьим элементом [8, 9]. Хотя ЭПФ был обнаружен в сплаве Ti–Ni эквиатомного состава, но дальнейшие исследования показали, что представляют интерес (в особенности для использования в медицине) сплавы, отклонённые от стехиометрического состава и легированные различными элементами. Эти сплавы называются сплавами на основе никелида титана. Было установлено, что легирование никелида титана разными элементами периодической системы даёт возможность регулирования свойств ЭПФ в этих сплавах, что является основой их успешного и разнообразного применения [8, 9]. В ряде работ [10-13] изучались свойства спеченных композитных материалов, у которых сплав TiNi являлся связующим компонентом, а частицы карбидов или нитридов играли роль твердых упрочняющих включений, обеспечивающих высокий уровнь механических и эксплуатационных характеристик материала. Если бинарные сплавы никелида титана, близкие по составу к эквиатомному, детально изучают в течение последних 10–20 лет, то разнообразные многокомпонентные системы сплавов на основе Ti–Ni лишь в последние годы становятся предметом систематических исследований [14]. Например композит TiC/TiNi, особенность которого в том, что его структура имеет каркасный тип. Материал представляет собой два взаимопроникающих каркаса: карбида титана и никелида титана. Твердая карбидная фаза обеспечивает высокую твердость, прочность, износостойкость и размерную стабильность материала. Металлический же компонент способствует улучшению механических свойств, таких как прочность и вязкость разрушения композита. Если предположить, что металлическая фаза претерпевает мартенситные превращения, физико-механические свойства композита будут меняться с температурой в зависимости от того, в каком структурном состоянии (аустенитном, мартенситном или двухфазном) находится сплав. Следует учитывать, что металлическая фаза в каркасных композитах находится в порах жесткого карбидного каркаса, размеры пор которого составляют 3-5 микрометров.
Использовались образцы с различным содержанием углерода (y) в карбидной фазе TiCy композита. Объемная доля никелида титана (Ф) в композите была близка к 50%. Данные о составе исследуемых образцов представлены в таблице 1.
Таблица 1
Номер образца у Ф
1 0,76 0,5
2 0,83 0,5
3 0,89 0,5
4 1 0,59
Измерение свойств образцов сразу после их изготовления по изложенной выше методике показало, что в каркасном композитном материале при изменении температуры реализуется МП. Пример полученных температурных зависимостей удельного электросопротивления ? и модуля Юнга, отнесенного к его значению при комнатной температуре E/ERT, для образца 4 представлены на рис. 1.
Рис. 1. Температурные зависимости электросопротивления ? (1) и относительного модуля Юнга E/ERT (2) для композитного образца 4 и никелида титана (на вставке).
Из рисунка видно, что модуль Юнга при непрерывном охлаждении и нагревании изменяется с минимумом вблизи 235 K, а температурная зависимость электросопротивления имеет аномальный ход. Подобное поведение физических характеристик наблюдается в сплавах на основе никелида титана в интервале температур МП [15], и, следовательно, можно заключить, что превращение происходит и в исследуемом композитном материале. Отметим лишь несколько особенностей. Минимум на температурных зависимостях модуля упругости в композите существенно „размыт“, в то время как в сплаве TiNi он острый, что можно видеть из сравнения кривых в поле рисунка и на вставке в нижнем правом углу. Кроме того, после завершения цикла „охлаждение– нагревание“ электросопротивление не достигает начального значения, и цикл оказывается незамкнутым. Это, по-видимому, может свидетельствовать о неравновесности структуры композита и существенной дисперсии его свойств. Обычно для гомогенизации твердого раствора TiNi в сплавах на основе никелида титана используют термообработку, заключающуюся в закалке от температуры ? 1070 K. Последующий отжиг при 500?800 K в стареющих сплавах вызывает образование ряда фаз в соответствии с диаграммой состояния. Такие процедуры, как правило, приводят к изменению температурной кинетики и последовательности МП в никелиде титана. Поэтому представлялось естественным попытаться выявить методы „управления“ МП в каркасных композитах, используя различные термообработки. С этой целью образцы подвергались закалке от 1070 K в воде с последующими отжигами при 570, 670, 770 и 870 K в течение 2 часов в атмосфере аргона.
Весь текст будет доступен после покупки
