Асимметрия растяжения/сжатия в сплавах Fe-Ni-Co-Al-X (X = Nb, Ti, Nb-Ti) с эффектом памяти формы – влияние нанокристаллических частиц на функциональные свойства

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 19-49-04101

НазваниеАсимметрия растяжения/сжатия в сплавах Fe-Ni-Co-Al-X (X = Nb, Ti, Nb-Ti) с эффектом памяти формы – влияние нанокристаллических частиц на функциональные свойства

Руководитель Чумляков Юрий Иванович, Доктор физико-математических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский государственный университет" , Томская обл

Конкурс №27 - Конкурс 2018 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований международными научными коллективами» (DFG)

Область знания, основной код классификатора 09 - Инженерные науки; 09-203 - Фазовые равновесия и превращения

Ключевые слова Монокристаллы, нанокомпозиты, термоупругие мартенситные превращения, эффект памяти формы, сверхэластичность, двойникование, просвечивающая электронная микроскопия

Код ГРНТИ29.19.15

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Проект направлен на исследование асимметрии растяжения/сжатия в монокристаллах Fe-28%Ni-17%Co-11.5%Al-2.5%X (X = Nb, Ti, Nb-Ti), испытывающих обратимые термоупругие мартенситные превращения из высокотемпературной ГЦК (γ)-фазы в ОЦТ (αꞌ) мартенсит, в зависимости от размера и объемной доли частиц γꞌ-фазы, ориентации кристаллов, температуры испытания. Физическая причина асимметрии в кристаллах с γ-αꞌ мартенситными переходами связана с зависимостью деформации превращения в кристаллах одной ориентации от способа деформации растяжения/сжатия. Так, например, при растяжении [001]-кристаллов деформация превращения ε0 равна 8.7 % и тонкая структура мартенсита напряжений содержит высокую плотность {112}<111> двойников, которые не могут раздвойниковаться из-за равного нулю фактора Шмида. При сжатии [001]-кристаллов ε0 = 15.5 %, мартенсит напряжений не содержит двойников из-за развития процессов раздвойникования мартенсита под нагрузкой. Высокий уровень прочностных свойств высокотемпературной фазы (аустенита) в кристаллах на основе железа будет достигаться за счет выделения наноразмерных частиц γꞌ-фазы. Изменением времени и температуры старения, выбором ориентации и способа деформации – растяжение/сжатие будет достигаться управление температурами мартенситных превращений, величиной деформации превращения, термическим и механическим гистерезисом, циклической стабильностью. Для выяснения особенностей развития γ-αꞌ термоупругих мартенситных переходов в кристаллах с наноразмерными частицами в условиях высоких приложенных напряжений до 1200 МПа, будут использованы методы просвечивающей электронной микроскопии, обратного рассеяния электронов, рентгеновской дифрактометрии. В проекте, во-первых, будет установлен механизм взаимодействия кристаллов мартенсита с дисперсными частицами, выяснены размеры частиц, при которых когерентное сопряжение решеток аустенита и частицы сохраняется при γ-αꞌ мартенситном превращении и критический размер частиц dкр, при которых происходит потеря когерентности сопряжения решеток мартенсита и частиц. Во-вторых, будут выяснены механизмы взаимодействия <111>{112} двойников с дисперсными частицами при их раздвойниковании и установлен вклад этих процессов в рассеяние энергии ΔGdiss при γ-αꞌ термоупругих мартенситных переходах и, следовательно, значения термического и механического гистерезиса. В-третьих, будет выяснена принципиальная возможность получения в кристаллах на основе железа FeNiCoAlX (X = Nb, Ti, NbTi) с γ-αꞌ переходами аномально больших обратимых деформаций до 12-15 % при растяжении и 20-23 % при сжатии [001] кристаллов и установлена физическая причина таких аномалий. В-четвертых, будет выяснена роль процессов развойникования <111>{112} двойников в стабилизации мартенсита напряжений и создании условий для развития «взрывного» обратного αꞌ-γ перехода. Актуальность и научная новизна проекта состоит: а) в разработке новых высокопрочных кристаллов на железной основе, в которых управление температурами γ-αꞌ мартенситных переходов, термическим и механическим гистерезисом, обратимой деформацией, циклической стабильностью достигается за счет изменения микроструктуры сплавов – размера, объемной доли и химического состава наноразмерных частиц γꞌ-фазы, ориентации кристаллов, способа деформации – растяжения/сжатия; б) в развитии механизмов мартенситных γ-αꞌ термоупругих переходов в кристаллах с наноразмерными частицами, учитывающих, с одной стороны, поворот плоскости габитуса при <111>{112} раздвойниковании кристаллов αꞌ-мартенсита под нагрузкой и связанное с ним накопление упругой энергии ΔGel. С другой стороны, двойники при своем движении взаимодействуют с дисперсными частицами и это, в свою очередь, приводит к росту рассеянной энергии ΔGdiss, и, следовательно, термического и механического гистерезиса по сравнению с ориентациями, в которых раздвойникование не происходит. в) в достижение аномально больших обратимых деформаций и установление физической причины такой аномалии.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Чумляков Ю.И., Киреева И.В., Куксгаузен И.В., Поклонов В.В., Победенная З.В., Бессонова И.Г., Кириллов В.А., Лаухофф С., Ниендорф Т., Кросс Ф. Effect of β- and γ'-phase particles on the shape memory effect and superelasticity in [001]-oriented FeNiCoAlTi single crystals Materials Letters, V. 260, P. 126932 (1-4) (год публикации - 2020)
10.1016/j.matlet.2019.126932d

2. Чумляков Ю.И., Киреева И.В.,Куксгаузен И.В., Поклонов В.В., Победенная З.В., Бессонова И.Г., Куксгаузен Д.А., Кириллов В.А., Лаухофф С., Ниендорф Т., Кросс Ф. Shape Memory Effect and Superelasticity in High-Strength FeNiCoAlTi Single Crystals Hardened by Nanoparticles AIP Conference Proceedings, V.2167, P. 020064 (1-4) (год публикации - 2019)
10.1063/1.5131931

3. Чумляков Ю.И., Киреева И.В., Куксгаузен И.В., Поклонов В.В., Победенная З.В., Бессонова И.Г., Кириллов В.А., Лаухофф С., Ниендорф Т., Кросс Ф. СВЕРХЭЛАСТИЧНОСТЬ И ЭФФЕКТ ПАМЯТИ ФОРМЫ ПРИ РАСТЯЖЕНИИ И СЖАТИИ В [001] ОРИЕНТИРОВАННЫХ МОНОКРИСТАЛЛАХ НЕЭКВИАТОМНОГО ВЫСОКОЭНТРОПИЙНОГО СПЛАВА FENICOALTI Известия Вузов. Физика, Т.62. №12. (год публикации - 2019)

4. Куксгаузен И.В., Чумляков Ю.И., Киреева И.В., Поклонов В.В., Куксгаузен Д.А., Кириллов В.А., Lauhoff C., Niendorf T., Krooß Ph. Влияние термической обработки и способа деформации на функциональные и механические свойства [001] монокристаллов сплава FeNiCoAlTi Известия ВУЗов. Физика, 63(9), 132-140 (год публикации - 2020)
10.17223/00213411/63/9/132

5. Чумляков Ю.И., Киреева И.В., Победенная З.В., Куксгаузен И.В., Поклонов В.В., Krooß Ph., Niendorf T.,Lauhoff C.,Vollmer M. Shape Memory Effect and Superelasticity in High-Strength FeNiCoAlTiNb Single Crystals AIP Conference Proceedings (год публикации - 2020)

6. Чумляков Ю.И., Киреева И.В., Победенная З.В., P. Krooβ, T. Niendorf Rubber-like behaviour and superelasticity of [001]-oriented FeNiCoAlNb single crystals containing γ′- and β-phase particles Journal of Alloys and Compounds (год публикации - 2021)
10.1016/j.jallcom.2020.158158

7. Чумляков Ю.И., Киреева И.В., Куксгаузен И.В., Победенная З.В., Поклонов В.В., P.Krooß , T. Niendorf, C. Lauhoff, M. Vollmer Эффекты памяти формы и сверхэластичности в высокопрочных монокристаллах FENICOALX (X=TI, NB, TA, NB+TI) Тезисы докладов Международной конференции в рамках Международного междисциплинарного симпозиума "Иерархические материалы...", с. 221 (год публикации - 2020)
10.17223/9785946219242/145

8. Ю.И. Чумляков, И.В. Киреева, И.В. Куксгаузен, Д.А. Куксгаузен, Т. Ниендорф, Ф. Кросс Tension-compression asymmetry of the superelastic behavior of high-strength [001]-oriented FeNiCoAlNb crystals Materials Letters, Vol. 289, 129395 (1-4) (год публикации - 2021)
10.1016/j.matlet.2021.129395

9. Ю.И. Чумляков, И.В. Киреева, З.В. Победенная, Ф. Кросс, Т. Ниендорф Shape Memory Effect and Superelasticity of [001]-Oriented FeNiCoAlNb Single Crystals Aged under and without Stress Metals, Vol.11, № 6, 943 (1-15) (год публикации - 2021)
10.3390/met11060943

10. Сабреро С., Лаухофф К., Лангенкемпер Д., Сомсен К., Эггелер Г., Чумляков Ю.И., Ниендорф Т., Кросс Ф. Impact of test temperature on functional degradation in Fe-Ni-Co-Al-Ta shape memory alloy single crystals Materials Letters, Vol.291, 129430 (год публикации - 2021)
10.1016/j.matlet.2021.129430

Публикации