Материал: Функциональные материалы в аэрокосмической технике. Ожерельев В.В., Костюченко А.В

Яркое проявление эффекта памяти формы возможно только при обратимости всех составляющих мартенситного превращения. Можно выделить две причины, препятствующие структурной обратимости [4]. Первая из них связана с необязательностью «попятного» движения атомов при обратном мартенситном превращении: в общем случае может быть несколько направлений сдвига, преобразующих решетку мартенсита в исходную решетку аустенита.

Количество вариантов направлений сдвига зависит от симметрии решеток мартенсита и аустенита. В сплавах на основе цветных и благородных металлов симметрия решетки мартенсита, как правило, низка и является подгруппой группы симметрии решетки аустенита. В этом случае имеется единственный вариант перестройки из решетки мартенсита в исходную – обратный прямому. Это является необходимым условием структурной обратимости мартенситного превращения.

В сплавах но основе железа решетка мартенсита (ОЦК) и аустенита (ГЦК) относятся к одной (кубической) группе симметрии. Существует несколько кристаллографически эквивалентных способов как прямой (ГЦК->ОЦК), так и обратной (ОЦК->ГЦК) перестройки. Это приводит к формированию при прямой перестройке доменной структуры мартенсита (каждый домен имеет свою ориентировку по отношению к аустенитной фазе). При нагреве также происходит образование областей аустенитной фазы в объеме мартенситной. В результате первоначальная (до превращения) ориентация и форма областей аустенита не восстанавливается, т.е. такой переход является структурно необратимым.

Вторым необходимым условием обратимости мартенситных превращений является обратимость вторичной деформации мартенсита, которая возможна в том случае, если она осуществляется двойникованием. Этот случай соответствует термоупру-

гому мартенситному превращению.

Среди сплавов с ЭПФ можно выделить две группы: сплавы

21

на основе интерметаллидов с упорядоченной кристаллической структурой (NiTi, Cu-Al и др.) и сплавы на основе неупорядоченных твердых растворов (Ti-Nb, Fe-Mn и др.). В первой группе легче реализовать двойникование кристаллической решетки по сравнению со скольжением, что обеспечивает более полное протекание мартенситного превращения (и, следовательно, более полное восстановление формы) [3].

1.4. Термоупругие мартенситные превращения

Термоупругость означает сохранение когерентности на границе раздела мартенситной и аустенитной фаз и, как следствие, обратимую подвижность такой границы [4]. Межфазная когерентность исключает возникновение при мартенситном переходе необратимых дефектов типа дислокаций. Поэтому аккомодационные напряжения должны быть меньше предела текучести и вторичная деформация должна быть обратимой – упругой или неупругой (двойникование). В результате вторич-

ной деформации термоупругий мартенсит внутренне сдвойникован, при этом деформация формы и внутренние напряжения минимальны (удержание этих напряжений становится возможным без пластического скольжения).

В термоупругом случае эта энергия не должна превышать критического значения, при котором начинается пластическое течение. Таким образом, термоупругому превращению способствуют высокий пределε текучести т сплава, малая величина деформации решетки и низкий модуль сдвига E.

22

1.5. Кинетика и термодинамика мартенситного превращения

Мартенситное превращение происходит в определенном температурном интервале, как схематично показано на рис. 1.13. При закалке из аустенитного состояния (прямое мартенситное

н − к

сплава и может составлять от нескольких градусов до несколь-

ного мартенситного превращения М → А, происходящего при нагреве, обозначают соответственно Ан и Ак.

ких десятков градусов. Температуры начала и окончания обрат-

Движущей силой мартенситного превращения является уменьшение химической свободной энергии. На рис. 1.14 схематично показана температурная зависимость свободной энергии мартенсита и аустенита. T0 – температура, соответствующая термодинамическому равновесию обоих фаз.

23