Эффект стабилизации мартенсита в никелиде титана после предварительной деформации путём охлаждения под нагрузкой в неполном интервале превращения

Ребров, Т.В.; Волков, А.Е.; Вуколов, Е.А.; Беляев, Ф.С.; Волкова, Н.А.; Евард, М.Е.

doi:10.15593/perm.mech/2024.6.10

Эффект стабилизации мартенсита в никелиде титана после предварительной деформации путём охлаждения под нагрузкой в неполном интервале превращения

Т.В. Ребров, А.Е. Волков, Е.А. Вуколов, Ф.С. Беляев, Н.А. Волкова, М.Е. Евард

Сведения об авторах

Т.В. Ребров
Санкт-Петербургский государственный университет, Санкт-Петербург, Российская Федерация
А.Е. Волков
Санкт-Петербургский государственный университет, Санкт-Петербург, Российская Федерация
Е.А. Вуколов
Санкт-Петербургский государственный университет, Санкт-Петербург, Российская Федерация
Ф.С. Беляев
Институт проблем машиноведения РАН, Санкт-Петербург, Российская Федерация
Н.А. Волкова
Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет), Санкт-Петербург, Российская Федерация
М.Е. Евард
Санкт-Петербургский государственный университет, Санкт-Петербург, Российская Федерация

https://doi.org/10.15593/perm.mech/2024.6.10

При использовании термочувствительных датчиков и термоприводов на основе сплавов с памятью формы (СПФ) необходимо учитывать влияние факторов, способных смещать температуры мартенситных превращений (МП). Одним из таких факторов является эффект стабилизации мартенсита (ЭСМ), который проявляется в повышении температур обратного МП после предварительной деформации. Ранее проведённые исследования ЭСМ позволили на основе экспериментальных данных выдвинуть гипотезу, что данный эффект обусловлен повреждением границ ориентационных доменов мартенсита. Это позволяет предположить, что минимизация или устранение ЭСМ возможна при сведении к минимуму повреждений данных границ. Одним из способов достижения этого является охлаждение СПФ из аустенитного состояния под постоянной нагрузкой в неполном температурном интервале превращения. Численные эксперименты, выполненные в рамках микроструктурной модели, учитывающей ЭСМ, позволили определить зависимость смещения температур обратного превращения от величины доли прямого превращения, достигнутой при охлаждении. Результаты показали, что смещение температур остаётся нулевым или незначительным до достижения определённой критической доли превращения.

Ключевые слова

сплавы с памятью формыникелид титанастабилизация мартенситамоделированиемикроструктурная модельмартенситные превращенияповреждение границохлаждение под нагрузкой

Литература

1.Athermal stabilization of Cu–Al–Be β1′ martensite due to plastic deformation and heat treatment / S. Kustov, J. Pons, E. Cesari, M. Morin, J. Van Humbeeck // Mater Sci Eng A. – 2004. – Vol. 373(1-2). – P. 328–38. Scholar
2.Chemical and mechanical stabilization of martensite / S. Kustov, J. Pons, E. Cesari, J. Van Humbeeck // Acta Materialia. – 2004. – Vol. 52. – P. 4547–59. Scholar
3.Mechanical Stabilization of Martensite in Cu–Ni–Al Single Crystal and Unconventional Way to Detect It / O. Heczko [et al.] // Shape Memory and Superelasticity. – 2018. – Vol. 4, no. 1. – P. 77–84. Scholar
4.Transformation behaviour and martensite stabilization in the ferromagnetic Co–Ni–Ga Heusler alloy / V.A. Chernenko [et al.] // Scripta Materialia. – 2004. – Vol. 50, no. 2. – P. 225–229. Scholar
5.Martensite stabilization in shape memory alloys – Experimental evidence for short-range ordering / P.M. Kadletz [et al.] // Materials Letters. – 2015. – Vol. 159. – P. 16–19. Scholar
6.Deformation induced martensite stabilization of NiTi in constrained composite systems / S. Bakhtiari [et al.] // Materials Science & Engineering A: Structural Materials: Properties, Microstructure and Processing. – 2022. – Vol. 857. – P. 144128. Scholar
7.The effects of cold rolling on the martensitic transformation of an equiatomic Ti Ni alloy / H.C. Lin, S.K. Wu, T.S. Chou, H.P. Kao // Acta Metallurgica et Materialia. – 1991. – Vol. 39(9). – P. 2069–2080. Scholar
8.M. Piao, K. Otsuka, S. Miyazaki, H. Horikawa. Mechanisms of the As temperature increase by pre-deformation in thermoplastic alloys // Materials Transactions JIM. – 1993. – Vol. 34(10). – P. 919–929. Scholar
9.Liu, Y. Stabilisation of martensite due to shear deformation via variant reorientation in polycrystalline NiTi / Y. Liu, D. Favier // Acta Materialia. – 2000. – Vol. 48. – P. 3489–3499. Scholar
10.Liu, Y. Thermodynamic analysis of the martensitic transformation in NiTi-I. Effect of heat treatment on transformation behaviour / Y. Liu, P.G. McCormick // Acta Metallurgica et Materialia. – 1994. – Vol. 42(7). – P. 2401–2406. DOI: 10.1016/0956-7151(94)90318-2 Scholar
11.Liu, Y. Effect of deformation by stress-induced martensitic transformation on the transformation behaviour of NiTi / Y. Liu, G.S. Tan // Intermetallics. – 2000. – Vol. 8. – P. 67–75. Scholar
12.Tan, G. Comparative study of deformation-induced martensite stabilization via martensite reorientation and stress-induced martensitic transformation in NiTi / G. Tan, Y. Liu // Intermetallics. – 2004. – Vol. 12(4). – P. 373–381. DOI: 10.1016/j.intermet.2003.11.008 Scholar
13.Liu Y. Mechanistic simulation of deformation-induced martensite stabilization / Y. Liu // Mater. Sci. Eng. A378. – 2004. – P. 459–464. Scholar
14.Liu, Y. Deformation-induced martensite stabilisation in [100] single-crystalline Ni–Ti / Y. Liu, G. Tan, S. Miyazaki // Mater. Sci. Eng. A 438 (440). – 2006. – P. 612–616. Scholar
15.Ortin, J. Thermodynamics of thermoelastic martensitic / J. Ortin, A. Planes // Acta Metallurgica. – 1989. – Vol. 37. – P. 1433–1441. DOI: 10.1016/0001-6160(89)90175-2 Scholar
16.Wollants, P. Thermally- and stress-induced thermoelastic martensitic transformations in the reference frame of the equilibrium thermodynamics / P. Wollants, J.R. Roos, L. Delaey // Progr. Mater. Sci. – 1993. – Vol. 37. – P. 227–288. DOI: 10.1016/0079-6425(93)90005-6 Scholar
17.Influence of chemical composition of NiTi alloy on the martensite stabilization effect / S. Belyaev, N. Resnina, E. Iaparova, A. Ivanova, T. Rakhimov, V. Andreev // Journal of Alloys and Compounds. – 2019. – Vol. 787. – P. 1365–1371. DOI: 10.1016/j.jallcom.2019.01.326 Scholar
18.Martensite stabilisation effect in Ni-rich NiTi shape memory alloy with different structure and martensitic transformations / S. Belyaev, N. Resnina, T. Rakhimov, V. Andreev // Sensors and Actuators A: Physical. – 2020. – Vol. 305. – P. 111911. DOI: 10.1016/j.snsa.2020.111911 Scholar
19.Martensite Stabilization Effect in the Ni50Ti50 Alloy After Preliminary Deformation by Cooling Under Constant Stress / S. Belyaev, N. Resnina, A. Ivanova [et al.] // Shap. Mem. Superelasticity. – 2020. – Vol. 6. – P. 223–231. DOI: 10.1007/s40830-020-00282-2 Scholar
20.Damage of the martensite interfaces as the mechanism of the martensite stabilization effect in the NiTi shape memory alloys / S. Belyaev, N. Resnina, I. Ponikarova, E. Iaparova, T. Rakhimov, A. Ivanova, N. Tabachkova, V. Andreev // Journal of Alloys and Compounds. – 2022. – Vol. 921. – P. 166189. Scholar
21.Моделирование эффекта стабилизации мартенсита в никелиде титана после деформации в мартенситном состоянии / Ф.С. Беляев, А.Е. Волков, Н.А. Волкова, Е.А. Вуколов, М.Е. Евард, Т.В. Ребров // Механика композиционных материалов и конструкции. – 2023. – Т. 29, № 4. – С. 470–482. Scholar
22.The effect of martensite stabilization in titanium nickelide after various methods of pre-deformation: simulation with a single set of constants / F.S. Belyaev, A.E. Volkov, N.A. Volkova, E.A. Vukolov, M.E. Evard, T.V. Rebrov // Materials Physics and Mechanics. – 2024. Scholar
23.A microstructural model of SMA with microplastic deformation and defects accumulation: Application to thermocyclic loading / F. Belyaev, M. Evard, A. Volkov, N. Volkova // Mater Today Proc. 2, Suppl. – 2015. – Vol. 3. – S583-S587. Scholar
24.Microstructural modeling of a TiNi beam bending / A.E. Volkov, M.E. Evard, N.A. Volkova, E.A. Vukolov // Mater Phys Mech. – 2023. – Vol. 51(2). – P. 177-86. Scholar
25.Aging Effect on the One-Way and Two-Way Shape Memory in TiNi-Based Alloys / F.S. Beliaev, M.E. Evard, E.S. Ostropiko, A.I. Razov, A.E. Volkov // Shap. Mem. Superelasticity. – 2019. – Vol. 5(3). – P. 218-29. Scholar
26.Salzbrrenner, R.J. On the thermodynamics of thermoelastic martensitic transformations / R.J. Salzbrrenner, M. Cohen // Acta Metallurgica. – 1979. – Vol. 27. – P. 739-48. Scholar
27.Patoor, E. Micromechanical modelling of superelasticity in shape memory alloys / E. Patoor, A. Eberhardt, M. Berveiller // J Phys IV. – 1996. – C1-6. – P. 277-92. Scholar
28.Determination of the origin for the dissymmetry observed between tensile and compression tests on shape memory alloys / E. Patoor, M. El Amrani, A. Eberhardt, M. Berveiller // J Phys IV. – 1995. – Vol. 5. – P. 495–500. Scholar
29.Self-accommodation of B19′ martensite in Ti-Ni shape memory alloys – Part I. Morphological and crystallographic studies of variant selection rule / M. Nishida, T. Nishiura, H. Kawano, T. Imamura // Philosophical Magazine. – 2012. – Vol. 92. – P. 2215–2233. Scholar
30.Madangopal, K. Self-accommodation in Ni-Ti shape memory alloys / K. Madangopal, J. Singh, S. Benerjee // Scripta Metallurgica. – 1991. – Vol. 25. – P. 2153–2158. Scholar
31.Madangopal, K. The Nature of Self-Accommodation in Ni-Ti Shape Memory Alloys / K. Madangopal, J.B. Singh, S. Benerjee // Scripta Metallurgica et Materialia. – 1993. – Vol. 29. – P. 725–728. Scholar
32.Трусов, П.В. Физические теории пластичности: теория и приложения к описанию неупругого деформирования материалов. Ч.1. Жесткопластические и упругопластические модели / П.В. Трусов, П.С. Волегов // Вестник ПГТУ. Механика. – 2011a. – № 1. – С. 5–45. Scholar
33.Трусов, П.В. Многоуровневые модели моно- и поликристаллических материалов: теория, алгоритмы, примеры применения / П.В. Трусов, А.И. Швейкин. – Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2019. – 605 с. DOI: 10.15372/MULTILEVEL2019TPV Scholar

1.Kustov S., Pons J., Cesari E., Morin M. and Van Humbeeck J. Athermal stabilization of Cu–Al–Be β1′ martensite due to plastic deformation and heat treatment. Materials Science and Engineering A, 2004, vol. 373, iss.1-2, pp. 328-338. Scholar
2.Kustov S., Pons J., Cesari E. and Van Humbeeck J. Chemical and mechanical stabilization of martensite. Acta Materialia, 2004, vol. 52, iss.15, pp. 4547-4559. Scholar
3.Heczko O., et al. Mechanical Stabilization of Martensite in Cu–Ni–Al Single Crystal and Unconventional Way to Detect It. Shape Memory and Superelasticity, 2018, vol. 4, pp. 77-84. Scholar
4.Chernenko V. A., et al. Transformation behaviour and martensite stabilization in the ferromagnetic Co–Ni–Ga Heusler alloy. Scripta Materialia, 2004, vol. 50, pp. 225-229. Scholar
5.Kadletz P. M., et al. Martensite stabilization in shape memory alloys – Experimental evidence for short-range ordering. Materials Letters, 2015, vol. 159, pp. 16-19. Scholar
6.Bakhtiarı S., et al. Deformation induced martensite stabilization of NiTi in constrained composite systems. Materials Science & Engineering A: Structural Materials: Properties, Microstructure and Processing, 2022, vol. 857, p. 144128. Scholar
7.Lin H. C., Wu S. K., Chou T. S. and Kao H. P. The effects of cold rolling on the martensitic transformation of an equiatomic Ti Ni alloy. Acta Metallurgica et Materialia, 1991, vol. 39, pp. 2069-2080. Scholar
8.Piao M., Otsuka K., Miyazaki S. and Horikawa H. Mechanisms of the As temperature increase by pre-deformation in thermoelastic alloys. Materials Transactions JIM, 1993, vol. 34, no. 10, pp. 919-929. Scholar
9.Liu Y. and Favier D. Stabilisation of martensite due to shear deformation via variant reorientation in polycrystalline NiTi. Acta Materialia, 2000, vol. 48, pp. 3489-3499. Scholar
10.Liu Y. and McCormick P.G. Thermodynamic analysis of the martensitic transformation in NiTi-I. Effect of heat treatment on transformation behavior. Acta Metallurgica et Materialia, 1994, vol. 42, pp. 2401-2406. DOI: 10.1016/0956-7151(94)90318-2. Scholar
11.Liu Y. and Tan G.S. Effect of deformation by stress-induced martensitic transformation on the transformation behaviour of NiTi. Intermetallics, 2000, vol. 8, pp. 67-75. Scholar
12.Tan G. and Liu Y. Comparative study of deformation-induced martensite stabilization via martensite reorientation and stress-induced martensitic transformation in NiTi. Intermetallics, 2004, vol. 12, pp. 373-381. DOI: 10.1016/j.intermet.2003.11.008. Scholar
13.Liu Y. Mechanistic simulation of deformation-induced martensite stabilization. Materials Science and Engineering A, 2004, vol. 378, pp. 459-464. Scholar
14.Liu Y., Tan G. and Miyazaki S. Deformation-induced martensite stabilisation in [100] single-crystalline Ni–Ti. Materials Science and Engineering A, 2006, vol. 438-440, pp. 612-616. Scholar
15.Ortin J. and Planes A. Thermodynamics of thermoelastic martensitic. Acta Metallurgica, 1989, vol. 37, pp. 1433-1441. DOI: 10.1016/0001-6160(89)90175-2. Scholar
16.Wollants P., Roos J.R. and Delacy L. Thermally- and stress-induced thermoelastic martensitic transformations in the reference frame of the equilibrium thermodynamics. Progress in Materials Science, 1993, vol. 37, pp. 227-288. DOI: 10.1016/0079-6425(93)90005-6. Scholar
17.Belyaev S., Resnina N., Iaparova E., Ivanova A., Rakhimov T. and Andreev V. Influence of chemical composition of NiTi alloy on the martensite stabilization effect. Journal of Alloys and Compounds, 2019, vol. 787, pp. 1365-1371. DOI: 10.1016/j.jallcom.2019.01.326. Scholar
18.Belyaev S., Resnina N., Rakhimov T. and Andreev V. Martensite stabilisation effect in Ni-rich NiTi shape memory alloy with different structure and martensitic transformations. Sensors and Actuators A: Physical, 2020, vol. 305, p. 111911. DOI: 10.1016/j.sna.2020.111911. Scholar
19.Belyaev S., Resnina N., Ivanova A., et al. Martensite Stabilization Effect in the Ni50Ti50 Alloy After Preliminary Deformation by Cooling Under Constant Stress. Shape Memory and Superelasticity, 2020, vol. 6, pp. 223-231. DOI: 10.1007/s40830-020-00282-2. Scholar
20.Belyaev S., Resnina N., Ponikarova I., Iaparova E., Rakhimov T., Ivanova A., Tabachkova N. and Andreev V. Damage of the martensite interfaces as the mechanism of the martensite stabilization effect in the NiTi shape memory alloys. Journal of Alloys and Compounds, 2022, vol. 921, p. 166189. Scholar
21.Belyaev F.S., Volkov A.E., Volkova N.A., Vukolov E.A., Evard M.E. and Rebrov T.V. Modelirovanie effekta stabilizacii martensita v nikelide titana posle deformacii v martensitnom sostoyanii [Simulation of the effect of martensite stabilization in titanium nikelide after deformation in the martensitic state]. Mechanika kompozitsionnykh materialov i konstruktsiy [Mechanics of Composite Materials and Structures], 2023, vol. 29, pp. 470-482. Scholar
22.Belyaev F.S., Volkov A.E., Volkova N.A., Vukolov E.A. and Evard M.E. The effect of martensite stabilization in titanium nikelide after various methods of pre-deformation: simulation with a single set of constants. Materials Physics and Mechanics, 2024, vol. 52, iss.4, pp. 91-99. Scholar
23.Belyaev F., Evard M., Volkov A. and Volkova N. A microstructural model of SMA with microplastic deformation and defects accumulation: Application to thermocyclic loading. Materials Today: Proceedings, 2015, vol. 2, suppl. 3, pp. S583-S587. Scholar
24.Volkov A.E., Evard M.E., Volkova N.A. and Vukolov E.A. Microstructural modeling of a TiNi beam bending. Materials Physics and Mechanics, 2023, vol. 51, pp. 177-186. Scholar
25.Beliaev F.S., Evard M.E., Ostropiko E.S., Razov A.I. and Volkov A.E. Aging Effect on the One-Way and Two-Way Shape Memory in TiNi-Based Alloys. Shape Memory and Superelasticity, 2019, vol. 5, pp. 218-229. Scholar
26.Salzbrenner R.J. and Cohen M. On the thermodynamics of thermoelastic martensitic transformations. Acta Metallurgica, 1979, 27, pp. 739-748. Scholar
27.Patoor E., Eberhardt A. and Berveiller M. Micromechanical modelling of superelasticity in shape memory alloys. Journal of Physics IV, 1996, C1-6, pp. 277-292. Scholar
28.Patoor E., El Amrani M., Eberhardt A. and Berveiller M. Determination of the origin for the dissymmetry observed between tensile and compression tests on shape memory alloys. Journal of Physics IV, 1995, vol. 5, pp. 495-500. Scholar
29.Nishida M., Nishiura T., Kawano H. and Imamura T. Self-accommodation of B19' martensite in Ti-Ni shape memory alloys - Part I. Morphological and crystallographic studies of variant selection rule. Philosophical Magazine, 2012, vol. 92, pp. 2215-2233. Scholar
30.Madangopal K., Singh J. and Banerjee S. Self-accommodation in Ni-Ti shape memory alloys. Scripta Metallurgica, 1991, vol. 25, pp. 2153-2158. Scholar
31.Madangopal K., Singh J.B. and Banerjee S. The Nature of Self-Accommodation in Ni-Ti Shape Memory Alloys. Scripta Metallurgica et Materialia, 1993, vol. 29, pp. 725-728. Scholar
32.Trusov P.V. and Volegov P.S. Fizicheskie teorii plastichnosti: teoriya i prilozheniya k opisaniyu neuprugogo deformirovaniya materialov. Ch.1. Zhestkoplasticheskie i uprugoplasticheskie modeli [Physical theories of plasticity: Theory and applications to the description of inelastic deformation of materials. Part 1. Rigid-plastic and elastic-plastic models]. Vestnik PGTU. Mekhanika, 2011, vol. 1, pp. 5-45. Scholar
33.Trusov P.V. and Shveikin A.I. Mnogourovnevye modeli mono- i polikristallicheskikh materialov: teoriya, algoritmy, primery primeneniya [Multilevel models of single- and polycrystalline materials: Theory, algorithms, application examples]. Novosibirsk: Izdatelstvo SO RAN. 2019. DOI: 10.15372/MULTILEVEL2019TPV Scholar

Другие статьи выпуска

Весь выпуск (№ 6, 2024)

Скачать PDF

Информация о статье

Опубликована: 26.12.2024
В выпуске: 26.12.2024
Выпуск: № 6 (2024)

Эффект стабилизации мартенсита в никелиде титана после предварительной деформации путём охлаждения под нагрузкой в неполном интервале превращения

Ключевые слова

The martensite stabilization effect in titanium nickelide after preliminary deformation by cooling under stress in an incomplete transformation interval

Keywords

Литература

Другие статьи выпуска

Информация о статье

Эффект стабилизации мартенсита в никелиде титана после предварительной деформации путём охлаждения под нагрузкой в неполном интервале превращения

Аннотация

Ключевые слова

The martensite stabilization effect in titanium nickelide after preliminary deformation by cooling under stress in an incomplete transformation interval

Keywords

Литература

Другие статьи выпуска

Информация о статье