Влияние горячей прокатки на фазовый состав, структуру и механические свойства метастабильного (α+β)-сплава на основе Cu–41 мас.% Zn с эффектом памяти формы

Обложка

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Выполнено комплексное исследование влияния горячей прокатки на структурно-фазовые превращения и физико-механические свойства метастабильного (a+b)-сплава с эффектом памяти формы Cu–41 мас.%Zn. Структурно-фазовые превращения были изучены методами оптической и электронной микроскопии, рентгенофазового анализа и дифференциальной сканирующей калориметрии (при нагреве). Обнаружено, что в сплаве происходит промежуточное бейнитное превращение наряду с образованием мартенситных фаз. Установлены особенности механического поведения сплава при испытаниях методом одноосного растяжения образцов после горячей прокатки и последующих термических обработок. Установлено, что горячая прокатка с суммарным обжатием на 90% и последующая термическая обработка приводят к увеличению пластичности сплава до 48%.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

А. Э. Свирид

Институт физики металлов УрО РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: svirid@imp.uran.ru
Россия, Екатеринбург, 620108

В. Г. Пушин

Институт физики металлов УрО РАН

Email: svirid@imp.uran.ru
Россия, Екатеринбург, 620108

Н. Н. Куранова

Институт физики металлов УрО РАН

Email: svirid@imp.uran.ru
Россия, Екатеринбург, 620108

С. В. Афанасьев

Институт физики металлов УрО РАН

Email: svirid@imp.uran.ru
Россия, Екатеринбург, 620108

Д. И. Давыдов

Институт физики металлов УрО РАН

Email: svirid@imp.uran.ru
Россия, Екатеринбург, 620108

Л. А. Сташкова

Институт физики металлов УрО РАН

Email: svirid@imp.uran.ru
Россия, Екатеринбург, 620108

Список литературы

  1. Perkins J. (Ed.) Shape Memory Effects in Alloys. Plenum. London: UK, 1975. 583 p.
  2. Варлимонт Х., Дилей Л. Мартенситные превращения в сплавах на основе меди, серебра и золота. М.: Наука, 1980. 205 с.
  3. Ооцука К., Симидзу К., Судзуки Ю., Сэкигути Ю., Тадаки Ц., Хомма Т., Миядзаки С. Сплавы с эффектом памяти формы. М.: Металлургия, 1990. 224 с.
  4. Duering T.W., Melton K.L., Stockel D., Wayman C.M. (Eds.) Engineering Aspects of Shape Memory Alloys. Butterworth-Heineman: London, UK, 1990.
  5. Хачин В.Н., Пушин В.Г., Кондратьев В.В. Никелид титана: Структура и свойства. М.: Наука, 1992. 160 с.
  6. Пушин В.Г., Кондратьев В.В., Хачин В.Н. Предпереходные явления и мартенситные превращения. Екатеринбург: УрО РАН, 1998. 368 с.
  7. Материалы с эффектом памяти формы: Справ. изд. / Под ред. В.А. Лихачева. Т. 1–4. СПб.: Изд-во НИИХ СПбГУ, 1997, 1998.
  8. Bonnot E., Romero R., Mañosa L., Vives E., Planes A. Elastocaloric effect associated with the martensitic transition in shape-memory alloys // Phys. Rev. Lett. 2008. V. 100. P. 125901.
  9. Planes A., Mañosa L., Acet M. Magnetocaloric effect and its relation to shape memory properties in ferromagnetic Heusler alloys // J. Phys. Condensed Matter. 2009. V. 21. P. 233201.
  10. Cui J., Wu Y., Muehlbauer J., Hwang Y., Radermacher R., Fackler S., Wuttig M., Takeuchi I. Demonstration of high efficiency elastocaloric cooling with large δT using NiTi wires // Appl. Phys. Lett. 2012. V. 101. P. 073904.
  11. Mañosa L., Jarque-Farnos S., Vives E., Planes A. Large temperature span and giant refrigerant capacity in elastocaloric Cu-Zn-Al shape memory alloys // Appl. Phys. Lett. 2013. V. 103. P. 211904.
  12. Dasgupta R. A look into Сu-based shape memory alloys: Present Scenario and future prospects // J. Mater. Res. 2014. V. 29. № 16. P. 1681–1698.
  13. Pushin V., Kuranova N., Marchenkova E., Pushin A. Design and Development of Ti–Ni, Ni–Mn–Ga and Cu–Al–Ni-based Alloys with High and Low Temperature Shape Memory Effects // Materials. 2019. V. 12. P. 2616–2640.
  14. Лукьянов А.В., Пушин В.Г., Куранова Н.Н., Свирид А.Э., Уксусников А.Н., Устюгов Ю.М., Гундеров Д.В. Влияние термомеханической обработки на структурно-фазовые превращения в сплаве Cu-14Al-3Ni с эффектом памяти формы, подвергнутом кручению под высоким давлением // ФММ. 2018. Т. 119. № 4. С. 393–401.
  15. Свирид А.Э., Лукьянов А.В., Пушин В.Г., Белослудцева Е.С., Куранова Н.Н., Пушин А.В. Влияние температуры изотермической осадки на структуру и свойства сплава Cu-14мас.%Al-4 мас.%Ni с эффектом памяти формы // ФММ. 2019. Т. 120. С. 1257–1263.
  16. Свирид А.Э., Пушин В.Г., Куранова Н.Н., Белослудцева Е.С., Пушин А.В., Лукьянов А.В. Эффект пластификации сплава Cu-14Al-4Ni с эффектом памяти формы при высокотемпературной изотермической осадки // Письма в ЖТФ. 2020. Т. 46. C. 19–22.
  17. Свирид А.Э., Лукьянов А.В., Пушин В.Г., Куранова Н.Н., Макаров В.В., Пушин А.В., Уксусников А.Н. Применение изотермической осадки для мегапластической деформации β-сплавов Cu-Al-Ni // ЖТФ. 2020. Т. 90. С. 1088–1094.
  18. Свирид А.Э., Куранова Н.Н., Пушин В.Г., Афанасьев С.В. Особенности структуры метастабильных сплавов на основе Cu–Zn // ФММ. 2024. Т. 125. № 7. С. 821–830.
  19. Kajiwara S. Strain-induced martensite structures of a Cu-Zn alloy // J. Phys. Soc. Japan. 1971. V. 30. P. 1757.
  20. Hull D. Spontaneous Transformation of Metastable p-brass in Thin Foils // Philosophical Magazine. 1961. V. 7. P. 537–550.
  21. Lohan N.M., Pricop B., Burlacu L., Bujoreanu L.-G. Using DSC for the detection of diffusion-controlled phenomena in Cu-based shape memory alloys // J. Therm Anal Calorium. 2018. V. 131. P. 215–224.
  22. Свирид А.Э., Пушин В.Г., Макаров В.В., Куранова Н.Н. Влияние высокотемпературной термомеханической обработки на микроструктуру и механические свойства сплава Cu–Al–Ni–(B) с термоупругим мартенситным превращением // ФММ. 2023. Т. 124. С. 635–643.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
2. Рис. 1. Рентгеновские дифрактограммы сплава Сu–41%Zn после закалки (а), горячей прокатки с обжатием 90% (б), последующего отжига 120°С, 5 мин (в) или 200°С, 2 ч (г) и соответствующие штрихдиаграммы отражения hkl α(ГЦК), 3R, 9R и β(ОЦК)-фаз.

Скачать (312KB)
3. Рис. 2. ОМ- (а, б) и РЭМ- (в, г) изображения микроструктуры сплава Cu–41%Zn после горячей прокатки с обжатием 90% и закалки в воде. На ОМ-изображениях α-зерна более светлые по контрасту. На РЭМ-изображениях α-зерна более темные, а расположенные между ними 3R/9R зерна–светлые. Однонаправленная структура бейнита указана стрелками (г).

Скачать (505KB)
4. Рис. 3. Кривые деформации σ–δ сплава Cu–41%Zn после горячей прокатки с закалкой (кривая 1) и последующего отжига при 200°С, 2 ч (кривая 2).

Скачать (91KB)
5. Рис. 4. ОМ-изображения микроструктуры сплава Cu–41%Zn после горячей прокатки с закалкой (а) и отжига при 200°С, 2 ч (б).

Скачать (210KB)
6. Рис. 5. Светлопольные ПЭМ-изображения (а, б) и соответствующая электронограмма (а – на вставке – ось зоны [112]) α-фазы сплава Cu–41%Zn после горячей прокатки и закалки в воде. Стрелками отмечены β′-частицы β-фазы, обогащенной Zn, на изображениях полос скольжения дислокаций.

Скачать (265KB)
7. Рис. 6. ДСК-кривые сплава Cu–41%Zn после закалки (кривая 1) и горячей прокатки с закалкой (2).

Скачать (100KB)