Фазовое превращение и деформационное поведение NiTi

Научные отчеты, том 6, Номер статьи: 23905 (2016) Цитировать эту статью

4689 Доступов

36 цитат

Подробности о метриках

NiTi проволоки спаивали путем эвтектической реакции между порошком NiTi и Nb, нанесенным в области контакта проволоки. Фазовое превращение и деформационное поведение эвтектической микроструктуры NiTi-Nb исследовались с помощью просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ) и испытаний на циклическую нагрузку-разгрузку. Результаты показывают, что фаза R и мартенситное превращение B19' индуцируются пластической деформацией. Фазовое превращение R, которое вносит существенный вклад в сверхэластичность, преимущественно происходит на границах раздела NiTi и эвтектической области. В эвтектических областях наблюдается округлая фаза, богатая Nb, с эвтектикой стержнеобразного и пластинчатого типа. Эти фазы, по-видимому, влияют на деформационное поведение спаянной области NiTi-Nb через пять различных стадий на кривых растяжения: (I) переориентация R-фазы, (II) R-фазовое превращение из исходной фазы, (III) упругая деформация переориентированного мартенсита. сопровождающееся пластической деформацией богатой Nb фазы и пластинчатой ​​эвтектики NiTi-Nb, (IV) мартенситным превращением B19' и (V) пластической деформацией образца.

Сплавы NiTi широко используются в качестве сплавов с памятью формы (SMA) в биомедицинских областях благодаря их превосходному эффекту памяти формы, сверхэластичности, низкой жесткости и хорошей биосовместимости1,2,3. Благодаря фазовым превращениям (т.е. B2 → R/B2 → B19′), происходящим в сплавах NiTi, которые ответственны за проявление как эффекта памяти формы, так и сверхэластичности. Вышеупомянутые фазовые превращения зависят от их состава и термомеханической обработки. В последнее время Nb-содержащие NiTi SMA привлекли значительный интерес из-за их широкого гистерезиса превращения и хорошего эффекта памяти формы. И важно понимать фазовое превращение, связанное с эффектом памяти формы в сплаве TiNiNb. Ким и др.4 сообщили, что в отожженных почти эквиатомных сплавах NiTi наблюдается только фазовое превращение B2 в B19' (M). С другой стороны, фазовое превращение B2 → R происходит в околоэквиатомном сплаве NiTi из-за индуцированной дисперсией неоднородности как состава, так и полей внутренних напряжений матрицы4. Установлено, что в сплаве NiTi-Nb в широком диапазоне температур при термомеханических обработках образуются как мартенситные, так и аустенитные фазы5. Хао и др.6 сообщили о большой упругой деформации и высокой прочности в объеме Ni41Ti39Nb20 (ат.%), что является результатом вызванного напряжением фазового превращения B19' во время деформации растяжения. Сообщалось, что в Ni-Ti SMA все фазовые превращения в фазу B19' и обратно являются изотермическими, а другие фазовые превращения между B2 → R и B2 → B19 являются атермическими7. Это может помочь в понимании фазового преобразования в TiNiNb SMA. Судя по литературным результатам, существует несколько факторов, влияющих на превращение матрицы B2 в R-фазу в сплаве TiNiNb. Например, неоднородность матрицы приводит к фазовому превращению B2 → R8. Добавление легирующего элемента, такого как Fe9 или Al10, также вызывает фазовое превращение B2 → R.

Проведены систематические исследования мартенситного превращения под напряжением и процесса его переориентации в TiNi и TiNiNb11,12,13. Считается, что изменение внутренней упругой энергии и увеличение необратимой энергии при деформации, сопровождающее переориентацию мартенсита, будут способствовать стабилизации мартенсита в околоэквиатомных сплавах NiTi14. Лин и др.15 обнаружили, что дислокации и вакансии, возникающие во время деформации, могут усилить стабилизацию мартенсита. Для Ni47Ti44Nb9 SMA мягкая эвтектическая фаза β-Nb, образующаяся в процессе затвердевания, эффективно стабилизирует аустенитную фазу, поглощая большую энергию деформации во время образования мартенсита, вызванного напряжением. Таким образом, температурный гистерезис превращения NiTi-Nb SMA расширяется16. На ранней стадии пластической деформации фаза β-Nb ослабляет энергию упругой деформации матричной фазы B2, тем самым откладывая процесс мартенситного превращения16. Вообще говоря, мартенситное фазовое превращение и его переориентация считаются ключевыми факторами улучшения эффекта памяти формы и сверхэластичности в сплавах NiTiNb.