Научный журнал

Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований

ISSN 1996-3955

ИФ РИНЦ = 0,593

Рис. 2. Температурные зависимости модулей упругости (в ГПа)

Как правило, в сплавах никелида титана для измерений критических температур начала (Ms, As) и конца (Mf, Af) прямого (Ms, Mf) и обратного (As, Af) ТМП наиболее часто используют температурные измерения электросопротивления r(T) [1–6]. Нами были выполнены измерения кривых r(T) в термоциклах «охлаждение – нагрев – охлаждение» для всех изучаемых сплавов, на которых отчетливо идентифицируются температурные «петли» r(T), соответствующие температурным гистерезисам ТМП (рис. 1). Критические температуры ТМП были определены по r(T) методом двух касательных. Они приведены в таблице.

Анализ показал, что по мере обогащения никелем относительно стехиометрического состава или легирования железом (1 и 3 ат. %), медью (10 ат. %) или медью (10 ат. %) и железом (2 at. %) все температуры ТМП снижаются в разной степени в зависимости от содержания легирующих добавок. При этом усложняется и последовательность ТМП: легирование железом вызывает образование промежуточного R-мартенсита, а легирование медью, напротив, промежуточного В19-мартенсита. Интересно, что дополнительное легирование железом в сплаве с медью, не изменив последовательности ТМП, привело лишь к пропорциональному снижению критических температур.

Измерение упругих констант на монокристаллах показало, что все изученные сплавы на основе никелида титана испытывают ярко выраженное предмартенситное квазиизотропное размягчение кристаллической решетки В2-аустенита, при котором все независимые модули C11, C44 и С’=(С11-С12)/2 испытывают практически одинаковое уменьшение при приближении к межкритическому интервалу температур ТМП (рис. 2) [3, 4].

Электронномикроскопическое изучение микроструктуры исследуемых квазибинарных сплавов показало следующее. В сплавах формируется преимущественно пакетная морфология попарно двойникованных мартенситных кристаллов (рис. 3–5). При этом общим для мартенситов R, B19 и B19’ является наличие тонких вторичных двойников I типа по различным системам сдвига, практически параллельным системе мягкого сдвига {011}<01’ в В2-аустените, индивидуальным для каждого мартенсита (для R – по плоскостям {101} и {100}, для B19 и B19 по (111) или (011)). Особенность внутренней структуры кристаллов B19’ заключается в присутствии тонких вторичных составных нанодвойников и дефектов упаковки по (001)B19’ (рис. 3 и 5).

Рис. 3. Электронномикроскопические изображения B19’-мартенсита сплава Ti₅₀Ni₅₀

Рис. 4. Электронномикроскопические изображения R-мартенсита сплава Ti₅₀Ni₄₇Fe₃

Рис. 5. Электронномикроскопические изображения мартенсита сплавов Ti₅₀Ni₄₀Cu₁₀ (а, б) и Ti₅₀Ni₃₈Cu₁₀Fe₂ (в, г); B₁₉ (а-в) и B₁₉’(г)

При этом на электронограммах им отвечают острые тяжи по направлениям обратной решетки по [001]B19’. Нанодвойники типа (001)B19’, расположенные под углом к границам двойников в пакетах, выявляются, например, и на темнопольном изображении рис. 5 г. Необычной характерной особенностью внутренней структуры кристаллов R и B19 мартенсита является наличие антифазных доменов, визуализируемых на темнопольных электронномикроскопических изображениях по их границам (АФГ), см. рис. 4, б, 5, в. Очевидно, что столь высокая дефектность образующейся при ТМП тонкой структуры обусловливает возрастание электросопротивление в межкритическом интервале температур.

Заключение

Таким образом, в результате проведенных исследований были измерены критические температуры ТМП в исследованных сплавах. Установлены особенности и различия пакетной микроструктуры попарно-двойникованных кристаллов мартенсита, системы двойникующего сдвига в которых наследуются от систем мягкого сдвига {011}<01’ в В2-аустените. Измерены упругие модули. Установлена природа возрастания электросопротивления в сплавах никелида титана в межкритическом интервале температур.

Исследования выполнены по госзаданию ИФМ УрО РАН «Структура» при частичном финансировании за счет гранта №15-15-2-16 «Арктика».