В продолжение исследований высокотемпературных сплавов с ЭПФ Ti50-xNi50Zrx (разрез TiNi-ZrNi на тройной диаграмме Ti-Ni-Zr) в настоящей работе изучены сплавы Ti50-xNi50Zrx (разрез TiNi-TiZr, х=1, 4, 6, 10 ат. % Zr). Обнаружено, что максимальная растворимость Zr в В2-фазе вдоль разреза TiNi-TiZr достигает 6 ат.%. Сплавы с содержанием Zr менее 6 ат.% характеризуются практически однофазной высокотемпературной В2-струтурой. Сплавы с содержанием Zr от 6 аот. % и выше содержат кроме основных В2- и В19'-фаз до 40 об. % вторичных фаз, что оказывает существенное влияние как на характер протекания МП, так и на физические свойства сплавов. Так, с увеличением концентрации Zr уменьшается полнота МП, понижаются температуры МП, увеличивается до 70 град гистерезис МП. С практической точки зрения, ценными являются обнаруженные в настоящей работе факты: а) уменьшение фазового наклепа в высоколегированных цирконием сплавах, означающего, что эти сплавы обладают более высокой циклостойкостью, по сравнению с низколегированными; б) наличие в них широкого гистерезиса.

Рассмотрены возможные структурные превращения В2 - R через промежуточную структуру R0 с пространственной группой D3/3d. Вычислены подгруппы с гексагональной решеткой группы D3/3d связанные с нарушением симметрии структуры R0 смещениями атомов с волновыми векторами, принадлежащими двухлучевой звезде. Предложена кристаллографическая модель возможных превращений В2-структуры в R-мартенсит, характеризуемая единственным для всех превращений параметром порядка.

Изучено влияние изохронных отжигов на температуры появления при охлаждении ромбоэдрической R(Tr) и моноклинной В19'(Мн) мартенситных фаз и параметр атомного дальнего порядка S сплава Ti49Ni151. Исследованы две партии образцов, отличающихся исходной обработкой: закалка из области гомогенности В2 фазы (1) и предварительное разупорядочение быстрыми нейтронами реакторного спектра (2). Показано, что закалка и облучение приводит к изменению параметров S, Tr, Мн, причем соответствующие зависимости от Т для образцов (1) и (2) отличаются незначительно. После отжигов на стадии изоструктурного распада Мн понижается в образцах (1), а в образцах (2) - только повышается. При этом в образцах (1) S не меняется, а в образцах (2) только монотонно увеличивается. Обнаружена явная корреляция между изменениями Мн и S после отжигов. Используя полученную ранее зависимость Мн (X,S) показано, что изменения Мн после отжига обученных образцов в основном обусловлены изменениями S, а в процессе гетерогенного распада образцов (1_ и (2) выше 520 К величины вкладов в общее изменение Мн за счет эволюции состава и Sв В2 фазе соотносятся как 2:1.

Обобщены результаты экспериментального и теоретического обоснований нового механизма деформации и переориентации кристаллической решетки - механизма локальных обратимых превращений мартенситного типа. Представлены атомные модели этих превращений, результаты анализа в зонах превращений тензоров дисторсии, матриц (векторов) переориентации кристаллической решетки для различных (ГЦК - ОЦК - ГЦК, ОЦК - ГПУ - ОЦК) вариантов этих превращений. На основе этих результатов проведено обсуждение физической природы ряда явлений недислокационной пластичности.

Методом оптической металлографии in-situ исследованы закономерности развития мартенситного превращения на мезо- и макромасштабном уровнях в крупнозернистом и субмикрокристаллическом никелиде титана в ходе изотермического нагружения при 295 K. Установлены особенности развития мартенситного превращения в субмикрокристаллическом состоянии по сравнению с крупнозернистым состоянием.??.

Показано, что холодная прокатка формирует нанокристаллическую структуру в субмикрокристаллическом исходном сплаве Ti49.2Ni50.8 (ат. %) с последовательностью мартенситных превращений В2-R-В19` (кубическая, ромбоэдрическая и моноклинная фазы, соответственно) и монофазной структурой В19` ниже 260 K. 90 % объема нанокристаллического сплава сохраняют В2-структуру с высоким уровнем остаточных напряжений при 140 K. Увеличение объемной доли нанокристаллического сплава с мартенситными превращениями В2-R-В19` и повышение температур этих мартенситных превращений коррелирует с релаксацией искажений кристаллической решетки В2-фазы в процессе последующих отжигов до начала активного роста зерен.??.

Экспериментально исследована эволюция параметра атомного дальнего порядка S и температуры начала мартенситного превращения (МП) из В2-фазы в моноклинный мартенсит В19 (Мн) в монофазных двойных сплавах на основе TiNi (50-52 ат.% Ni). На основе этих данных построен полином Мн (X,S), связывающий Мн, состав В2-фазы (Х) и параметр S. Проанализирован прогнозируемый полином Мн (X,S), характер изменения Мн при протекании различных физических процессов: разупорядочения при неизменном составе В2-фазы, концентрационные зависимости Мн при постоянном S и различные варианты возможных воздействий на В2-фазу. в результате которых изменения S и Х реализуются одновременно, но синхронизированы различного типа зависимостями S(X). Определена область значений Х и S. Вклад от изменений S в общее изменение Мн (Х,S). когда Х и S меняются одновременно, быстрое уменьшается при увеличении Х от 0,5 в сплавах с 50,0-50,5 ат.% N до 0,18 при Х=53 ат.%Ni. Полученные при анализе Мн (X,S) следствия сопоставлены с немногочисленными результатами качественных наблюдений, в которых фиксировали разупорядочение TiNi.

Электронно-микроскопическим и рентгенодифракционным методами исследованы микроструктура и фазовый состав сплава Ni50Ti40Zr10, изучены особенности его атомно-кристаллической и тонкой структур, сформировавшихся после применения двух термообработок, различающихся только скоростями охлаждения образцов после отжига при одинаковой температуре. Сделан вывод и о сильном влиянии скорости охлаждения на полноту мартенситного превращения (МП). Учитывая, что в сплавах на основе никелида титана изменение химического соотношения компонентов Ni и Ti является главным рычагом в управлении МП, можно предполагать, что неполное МП в закаленном сплаве и, напротив, почти полное МП в медленно охлажденном сплаве являются следствием различия химического состава исходной фазы В2, установившегося после образования вторичных фаз.

В монографии обобщены основные результаты исследований по влиянию импульсного и постоянного магнитных полей на атермическое и изотермическое мартенситные превращения, выполненных на сталях и сплавах различного химического состава. Изложены причины и рассмотрен механизм действия магнитного поля на фазовые превращения, сопровождающиеся изменением намагниченности фаз. Приводятся экспериментальные результаты действия магнитного поля на кинетику, формирование структуры и кристаллографические особенности мартенсита. Изучено влияние морфологии мартенсита на механические свойства сплавов, а также на структурные изменения, происходящие при нагреве кристаллов мартенсита. Рассмотрено влияние магнитного поля на мартенситное превращение аустенита, стабилизированного размером зерна, пластической деформацией, тепловой обработкой. Представлены результаты воздействия магнитного опля на механические свойства сплавов и количество остаточного аустенита. Приведены экспериментальные данные по влиянию постоянных магнитных полей высокой напряженности на диффузионные процесс распада переохлажденного аустенита и распад остаточного аустенита при отпуске закаленных сталей. Исследования выполнены в основном в Институте физики металлов УрО РАН. Монография адресована научным и научно-техническим работниками в области физики металлов, металловедения и термической обработки сталей и сплавов на железной основе, может быть полезна студентами и аспирантам.

Сборник содержит теоретические и экспериментальные работы по мартенситным превращениям, доложенные на Международной конференции "Мартенситные превращения" (Киев, 16-20 мая 1977 г.) "ICOMAT-77". Материалы сборника отражают новейшие достижения в области мартенситных превращений и представляют большой интерес как для постановки дальнейших научных исследований, так и для разработок, связанных с внедрением в практику. Рассчитан на научных и инженерно-технических работников, занятых в области металлофизики и металловедения, а также на студентов старших курсов металлургических и физических факультетов.

Методом дифракционного кино с использованием синхротронного излучения исследовано in situ деформационное мартенситное превращение в TiNi с различным фазовым составом при комнатной температуре. Показано, что в сплавах с температурным мартенситным превращением возникают апериодические колебания интенсивности рефлексов.

Книга отражает современное состояние знаний о мартенситных превращениях (МП). Рассмотрены следующие вопросы: классификация МП; кинетические и структурные особенности термоупругих и нетермоупругих МП; кристаллография МП; структура и подвижность межфазных границ при МП; термодинамика и кинетика МП; влияние внешних факторов на развитие МП; природа основных особенностей МП; связь МП с другими фазовыми превращениями в твердом состоянии. Описаны связанные с МП явления - сверхупругость, эффект памяти формы, магнитоуправляемая деформация в сплавах с ферромагнитным термоупругим мартенситом, трип-эффект. Для материаловедов, металловедов, металлофизиков, а также преподавателей, аспирантов и студентов соответствующих специальностей.

Представлен обзор современных ключевых проблем, касающихся теоретических и экспериментальных физических исследований сплавов на основе никелида титана, рекордных по конструкционным и функциональным характеристикам среди материалов с термоупругими мартенситными превращениями и эффектами памяти формы, широко применяемых в технике и социально значимых сферах деятельности. Обсуждаются общие подходы к описанию фазовых переходов мартенситного типа, вопросы устойчивости кристаллической решетки при термоупругих мартенситных превращениях, микроскопические модели предпереходного состояния, механизмы зарождения и роста мартенситных фаз в сплавах на основе TiNi. Подробно освещены закономерности стуруктурообразования, фазовых превращений (бездифффузионных и диффузионно контролируемых), влияние многокомпонентного легирования. Приведены фазовые диаграммы бинарных сплавов, тройных и ряда четверных, охватывающие практически все важные материалы на основе никелида титана. Рассмотрены неупругое поведение и эффекты памяти формы, сверхупругости, сверхпластичности, физические и механические свойства сплавов. Отдельно исследуются поведение и свойства монокристаллов данных сплавов. Анализируются электронные свойства, природа и роль точечных дефектов в сплавах, метастабильных по отношению к мартенситным переходам. Монография адресована широкому кругу специалистов в области физики сплавов, материаловедения, инженерных и медицинских наук, а также преподавателям, аспирантам и студентам физических, металлургических, технических и медицинских вузов.

Методом нейтронографии с привлечением методов рентгенографии и электросопротивления на образце монокристалла сплава Ti49Ni51, закаленного из области гомогенности В2-фазы. исследована широкая область обратного пространства В2 структуры в плоскости (001) перед мартенситным превращением.

В модели пластического течения как прямого плюс обратного (по альтернативной системе) мартенситного ГЦК-ОЦК-ГЦК-превращения в приближении малых деформаций проведен расчет тензора дисторсии указанного превращения на примере формирующихся при прокатке аустенитных сталей полос локализации деформации с 60°110-переориентацией кристаллической решетки. Проведен анализ вклада различных мод деформации и переориентации кристалла в общую дисторсию превращения.??.

Проведено электронно-микроскопическое исследование микроструктуры аустенитной стали 02Х17Н14М2 после больших пластических деформаций прокаткой и кручением в наковальнях Бриджмена при комнатной температуре. Обнаружены эффекты деформационно стимулированных фазовых превращений с образованием частиц второй фазы с кристаллической решеткой а-мартенсита. Обсуждается влияние этих превращений на особенности пластической деформации и переориентации кристаллической решетки.

Методами рентгено- и нейтронографии исследовано влияние изохронных отжигов на фазовый состав, параметр атомного дальнего порядка в В2-фазе (S), структуру предмартенситных фаз, последовательность и температуры мартенситных превращений (МП) в монокристалле Ti49Ni5. Установлено, что в результате старения сплава Ti49Ni51наблюдается синхронное изменение типа промежуточных структур сдвига в предмартенситной области температур и последовательности МП. Наиболее заметное увеличение S в В2-фазе обнаружено при переходе от зонной стадии старения к стадии роста рентгенографически видимых выделений Ti3Ni4. Явной корреляции между типом предмартенситной структуры, температурой Тr и изменением S не наблюдали. Вместе с тем между изменением S и температурой начала (Мн) МП в В19'-фазу существует прямопропорциональная зависимость.

Исследованы эволюция микроструктуры и изменение температур мартенситных превращений сплава Ti49,8 Ni50,2 (ат. %) с увеличением степени деформации при изотермическом аЬс-прессовании (Т = 723 К). Обнаружено, что на начальных стадиях abc-прессования в области ковочного креста происходит резкое увеличение размера зерен, в некоторых случаях превышающий исходный размер почти на порядок. Проанализированы возможные механизмы формирования такой структуры. Показано, что при степенях истинной деформации е2 во всем объеме образца происходит измельчение зеренной структуры по механизму непрерывной динамической рекристаллизации, приводящее к формированию однородной мелкозернистой структуры с высокой объемной долей субмикрокристаллической и наноструктурной фракций. Установлено, что при всех исследованных степенях деформации температуры мартенситных превращений практически остаются постоянными, что объясняется интенсивным протеканием процессов динамического и постдинамического возврата, а также образованием мартенситной фазы при охлаждении от температуры прессования.

Экспериментально исследованы закономерности развития В2-В19' мартенситных превращений под сжимающей нагрузкой в монокристаллах Ni45.3Ti29.7Hf20Pd5 (ат. %) после отжига при 1173 К в течение 3 ч в зависимости от ориентации - [1 17] и [011]. Наблюдается сильная ориентационная зависимость уровня критических напряжений образования мартенсита под нагрузкой сигма сг, величины механического гистерезиса Дельта сигма и обратимой деформации эпсилон tг. Значения коэффициента альфа = 5-6 МПа/К, описывающего рост напряжений образования мартенсита с увеличением температуры, слабо зависят от ориентации и наблюдается развитие высокотемпературной свехэластичностью (выше 373 К) до 425-450 К.??.

На основе оригинальных исследований стадий зарождения и роста мартенсита рассматриваются динамические модели формирования пластин мартенсита с тонко структурой двойников превращения, совместимые со сверхзвуковой скоростью роста мартенситных кристаллов. Управляющий волновой процесс наряду с относительно длинными квазипродольными волнами, задающими ориентацию габитусной плоскости, включает и относительно короткие продольные волны, которые, действуя синхронно, обеспечивают управление простом основной компоненты регулярной двойниковой структуры. Предпочтение отдается модели, содержащей в начальный момент единственную активную динамическую ячейку, способную периодически воспроизводиться в межфазной области на стадии роста мартенситного кристалла. Обсуждаются условия. задающие соотношение компонент двойниковой структуры, оптимальное для минимизации времени превращения. Осуществляется переход к финишным деформациям, превышающим пороговые деформации на два-три порядка. Проводится сравнение расчета макроскопических морфологических признаков, полученных при динамическом рассмотрении, с экспериментальными данными и кристаллогеометричекими расчетами. Самостоятельный интерес представляют обсуждение результатов и выводы в заключительной части монографии. Для научных сотрудников и специалистов в области металловедения и физики металлов и сплавов, а также преподавателей, аспирантов и студентов, специализирующихся в области материаловедения.