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.

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.

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.??.

Методом оптической микроскопии in-situ и рентгеноструктурного анализа исследовано развитие термоупругого мартенситного превращения при изотермическом нагружении сплава Ti49.4Ni50.6 в крупнозернистом и субмикрокристаллическом состояниях. Приведены данные, свидетельствующие об эстафетном механизме распространения мартенситного превращения при обеих зеренных структурах. Рассмотрены обнаруженные особенности локализации мартенситного превращения на мезо- и макромасштабном уровнях при субмикрокристаллической структуре. Установлена взаимосвязь между локализацией мартенситного превращения на мезо- и макромасштабном уровнях и деформационным поведением сплава Ti49.4Ni50.6 в крупнозернистом и субмикрокристаллическом состояниях. Развита концепция, согласно которой локализация мартенситного превращения на мезо- и макромасштабном уровнях при изотермическом нагружении в предмартенситном состоянии является следствием неоднородности напряженного состояния поликристаллического агрегата.

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.

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.

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.

Теоретически и экспериментально изучен характер структурно-фазовых превращений в поверхностном слое инструментальной металлокерамики "карбид титана-никель-хромовая связка" при электронном облучении. Математически проанализировано термическое влияние электронного облучения на структуру приповерхностного слоя композиционного материала дисперсного строения, проведены количественные оценки глубины зоны структурно-фазовых превращений. Экспериментально исследованы микроструктура и концентрационный профиль распределения титана в металлическом связующем после импульсного электронного облучения.

Нейтронографически исследовано влияние изохронного отжига на атомный порядок, предмартенситные явления и мартенситные превращения (МП) закаленного сплава Ti49Ni51. Обнаружено, что в результате отжигов изменяется не только последовательность МП, но и тип предмартенситных структур сдвига. Эволюция предмартенситных явлений, МП и параметров реальной структуры никелида титана обсуждается в тесной связи.

На основе результатов экспериментальных исследований температурной зависимости предела текучести монокристаллов TiNi сплавов и механизма механического двойникования В2-фазы как локального обратимого фазового превращения мартенситного типа проведено исследование асимметрии механического поведения при растяжении и сжатии указанных мматериалов в направлении [001], показано, что особенностью этого механизма является то, что критической модой дисторсии, определяющей напряжения механического двойникования, является однородная деформация превращения типа деформации Бейна. Для анализа асимметрии этих напряжений при растяжении и сжатии введено понятие фактора нормальных напряжений. приведенных к главным осям тензора однородной деформации превращения. Показана возможность использования этого фактора для анализа асимметрии механического поведения монокристаллов сплавов TiNi.

В работе представлены результаты исследований влияния трехсторонней ковки при 873...673 K на микроструктуру, фазовый состав и мартенситные превращения в никелиде титана. Показано, что при понижении температуры ковки увеличивается объемная доля субмикрокристаллической фракции, а после ковки при 673 K субмикрокристаллическая фракция преобладает, присутствует наноструктурная фракция (~30 %) и встречаются единичные зерна размером ~ 1 мкм. Установлена корреляция размеров фрагментов зеренно-субзеренной структуры TiNi с их фазовым составом. Обнаружена смена последовательности мартенситных превращений при охлаждении образцов, деформированных при 873...673 K.

Методом просвечивающей электронной микроскопии проведено исследование микрополосовых наноструктурных состояний, формирующихся при комнатной температуре в процессе больших деформаций прокаткой сплава V-4Ti-4Cr (ФГУП-ВНИИНМ)ю Показано, что характерными особенностями этих состояний являются: высокие значения кривизны кристаллической решетки; границы с переменными векторами разориентации и высокой плотностью частичных дисклинаций; локальные внутренние напряжения; преимущественный характер переориентации вокруг направлений с высокой плотностью высокоугловых границ . Высказано предположение, что эти особенности, а также возможность очень больших деформаций сплава прокаткой при комнатной температуре, являются результатом пластической деформации и переориентации кристаллической решетки механизмами прямых плюс обратных (по альтернативным системам) мартенситных превращений в полях высоких локальных напряжений.

Исследовано структурно-фазовое состояние и механические свойства композиционных материалов TiC-TiNi, легированных железом. Установлено, что при спекании каркаса карбида титана с железом и последующей пропитке никелидом титана атомы железа диффундируют в матрицу, образуя градиентную по химическому составу и свойствам В2 структуру с различными температурами мартенситного превращения, что проявляется в расширении и смещении в область низких температур гистерезиса мартенситных превращений при увеличении концентрации железа. Показано, что при комнатной температуре прочностные свойства композиционных материалов TiC-TiNI с радиентной матрицей возрастает при увеличении концентрации железа.

Книга посвящена одному из современных методов исследований в материаловедении - моделированию атомной структуры дефектов. Включает в себя методически последовательное изложение взаимосвязанных разделов в физике реальных кристаллов, таких как структура и энергия точечных и планарных дефектов, структура ядра дислокаций, компьютерное моделирование взаимодействия дефектов, динамические процессы радиационных повреждений в металлах и сплавах; атомистические расчеты структуры основного состояния микрокластеров и кинетики их превращений и др. Перечисленные разделы являются достаточно устоявшимися направлениями в физике реальных кристаллов и ведены в курсы лекций для студентов физико-технического и металлургического факультетов УрФУ. Большое внимание уделяется связи результатов атомистических расчетов с особенностями поведения реальных металлов и сплавов при деформации, разрушении, радиационном повреждении, фазово-структурных превращениях. Систематизирован богатый литературный материал и результаты работы авторов по изучению дислокационной структуры, особенностей деформации и разрушения монокристаллического Ti3Al. Книга адресована научным работникам, магистрам, аспирантам и студентам старших курсов физико-технических специальностей, а также изучающим дефекты и их влияние на свойства твердых тел.

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.

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.

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.

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.

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.

Нейтронографически исследовано в широком температурном интервале кристаллическое состояние закаленного монокристалла Ti49Ni51. В закаленном никелиде титана ниже 180К имеет место мартенситное превращение из кубической в моноклинную фазу. Впервые нейтронографическим методом обнаружено существование в предмартенситной области сверхструктурных максимумов. обсуждается связь предпереходных явлений и мартенситных превращений с параметрами атомного порядка исходной кубической фазы.

Представлены расчеты модулей Юнга и сдвига, коэффициента Пуассона в зависимости от направления на плоскостях (100) и (110) В2-фазы монокристалла Ti50Ni45Fe2. Расчеты проведены на основе измеренных авторами скоростей поперечных и продольных ультразвуковых волн, распространяющихся в указанном сплаве при атмосферном и гидростатическом давлении 0,6 ГПа при температуре 298 К. Показано, что, в отличие от действия температуры при ее понижении на пути к мартенситному превращению, наложение давления на сплав, находящийся в таком же предпереходном состоянии, повышает анизотропию кристаллической решетки.

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.

Исследовано влияние больших пластических деформаций при "abc"-прессовании в интервале температур 873-573К на микроструктуру и мартенситные превращения в никелиде титана. Показано, что при пониженных температурах деформирования формируется смешанное ультрамелкозернистое состояние сплава на основе субмикрокристаллической и наноструктурной фракций. Построена диаграмма мартенситных превращений при охлаждении и нагреве деформированных образцов. Изучено влияние температуры "abc"-прессования на эффект памяти формы в никелиде титана.

В приближении малых деформаций с использованием модели мартенситных превращений, основанной на концепции "замерзания" кооперативных тепловых колебаний атомов плотно упакованных плоскостей в металлах, проведен теоретический анализ тензора дисторсии при образовании {113} двойника деформации механизмом прямого плюс обратного (по альтернативной системе) мартенситного превращения в В2-фазе никелида титана. Показано, что в рамках этого механизма хорошо описывается не только угол переориентации, но и плоскость габитуса двойника.

В модели пластического течения как прямого плюс обратного (по альтернативной системе) мартенситного ГЦК - ОЦК - ГЦК-превращения на примере полос локализации деформации с 60110 переориентацией кристаллической решетки, формирующихся в результате такого превращения при прокатке аустенитных сталей, в приближении малых деформаций проведено теоретическое исследование дисторсии указанного превращения. проведен анализ относительного вклада различных мод деформации и переориентации кристалла в общую дисторсию превращения.

Представлены экспериментальные данные о формировании наноструктуры в крупнозернистом и субмикрокристаллическом никелиде татана при глубокой пластической деформации в предмартенситном состоянии и последующем отжиге. Рассмотрено влияние размера зерен при нано- и субмикрокристаллической структурах на развитие мартенситных превращений.