Ваш браузер устарел и не обеспечивает полноценную и безопасную работу с сайтом.
Установите актуальную версию вашего браузера или одну из современных альтернатив.
В настоящее время в ряде отраслей промышленности существует потребность получения сплавов с памятью формы (СПФ), для создания устройств с возможностью эксплуатации при температурах срабатывания более 120 °C [1–4]. Наиболее перспективными сплавами для решения данной задачи являются СПФ системы TiNiHf с высокотемпературным эффектом памяти формы в интервале 130–200 °С. Достаточно низкая технологическая пластичность данных сплавов ограничивает возможности получения качественных длинномерных полуфабрикатов. Цель данного исследования заключается в изучении возможности получения заготовок из сплавов системы TiNiHf, обладающих высокотемпературным эффектом памяти формы в интервале температур 130–200 °С и высокими функциональными свойствами.
Для получения литых заготовок был выбран метод электронно-лучевой плавки. Деформацию полученных слитков проводили с использованием процесса — ротационной ковки (РК). Для определения температур прямого и обратного мартенситных превращений использовали дифференциальный сканирующий калориметр Меttler Toledo. Измерения твердости проводили по Виккерсу при комнатной температуре с использованием твердомера LECOM 400-A под нагрузкой 1 Н. Механические свойства определяли при комнатной температуре с помощью испытаний на одноосное растяжение с использованием универсальной разрывной машины INSTRON 3382 со скоростью деформации 2 мм/мин. Функциональные свойства определяли термомеханическим методом при деформации по схеме изгиба.
Получение и анализ температурного интервала мартенситных превращений исходных слитков сплавов системы TiNiHf
Для выплавки были подготовлены три расчетных химических состава с примерным содержанием гафния 4,4, 10,0, 14,8 мас. %. Плавка велась в электронно-лучевой печи мощностью 60 кВт при вакууме 1˟10–5 мм. рт. ст. в медном-водо-охлаждаемом кристаллизаторе ручьевого типа. Установлено, что содержание гафния в исследуемых слитках соответствует заявленному в пределах погрешности измерения, а именно: 4,0 ± 0,5; 9,8 ± 0,5; 14,3 ± 0,5 масс. %.
Результаты исследования МП методом ДСК показали, что увеличение содержания Hf в исходном литом состоянии приводит к повышению температуры конца обратного МП Ак с 79 °С при содержании Hf 4,4, мас. % до 126 °С — при 14,8 мас. %. Интервал прямого превращения также смешается в сторону более высоких температур при увеличении содержания Hf. Гомогенизационный отжиг при 1000 °С в течение часа приводит к заметному сужению интервалов прямого и обратного МП за счет повышения однородности структурного состояния. При этом заметного смещения температуры конца обратного МП не происходит.
Проведение термомеханической обработки исходных слитков и исследование механических и функциональных свойств готовых прутков сплава TiNiHf
Деформацию слитков проводили методом горячей РК при температуре 950 °С до 3,5 мм с относительной степенью деформации за обжатие 5–10 %. Ковка слитков с повышенным содержанием гафния привела к разрушению заготовок на несколько частей после нескольких проходов, следовательно слитки с содержанием гафния 10,0 и 14,8 мас. % обладают недостаточной технологической пластичностью, что приводит к их преждевременному разрушению при обработке методом РК и не позволяет получить качественную длинномерную заготовку.
Дальнейшее исследование влияния термомеханической обработки на эволюцию микроструктуры и комплекса механических и функциональных характеристик проводил только для прутка из сплава с содержанием Hf
4,4, мас. % диаметром 3,5 мм и длиной 870 мм, полученных методом.
В результате РК в образце формируется низкодефектная рекристаллизованная структура. Средний размер структурных элементов лежит в диапазоне 20–30 мкм. Также наблюдается некоторое количество фазы типа Ti2Ni, образовавшейся непосредственно после выплавки. Последеформационный отжиг (ПДО) не приводит к заметному изменению структурного состояния сплава.
Результаты исследований температурного интервала мартнеситных превращений методом ДСК показали, что РК приводит к заметному повышению температуры конца обратного МП Ак по сравнению с литым состоянием с 79 до 113 °С. Применение ПДО приводит к изменению стадийности протекания прямого и обратного МП.
Прутки сплава TiNiHf с 4,4 мас.% Hf после РК обладают высокими прочностными характеристиками: σ0,2 = 800 МПа, σB = 1000 МПа после РК и σ0,2 = 840 МПа, σB = 990 МПа после ПДО при 550 ° С, 2 ч и, при это достаточно высокой пластичностью: δ = 24% после РК и 29% после ПДО. Результаты измерения твердости показали, что после РК значение твердости составляет 210 HV. Применение ПДО практически не меняет значения твердости.
Исследования функциональных свойств с использованием термомеханического метода показали, что СВФ после 6 % деформации составляет 83 %, что соответствует значению обратимой деформации 5 %. ПДО при температуре 550 °C в течение 2 часов позволяет увеличить Aк до 155 °C. ПДО при температуре 1000 °С в течение 1 ч не приводит к заметному изменению температуры Aк по сравнению с горячекованым состоянием, при этом СВФ также снижается до 67 %.
В ходе проведения работы установлена возможность получения слитков сплава системы TiNiHf и их последующей термомеханической обработки методом горячей ротационной ковки для получения прутков, обладающих высокими механическими характеристиками и требуемым интервалом восстановления формы. В результате применения термомеханической обработки методом горячей ротационной ковки из слитка с 4,4, мас. % Hf был получен пруток диаметром 3,5 мм и длиной 870 мм, обладающий высокими механическими (дислокационный предел текучести σy = 800 МПа, передел прочности σB = 1000 МПа, относительное удлинение δ = 24 %) и функциональными (максимальная полностью обратимая деформация εr = 5 %) характеристиками, наряду с требуемыми значениями температуры конца обратного мартенситного превращения
Ак = 125 °C в состоянии после ковки и 155 °C после применения последеформационного отжига при температуре 550 °C в течение 2 ч.
