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 18-19-00298

НазваниеИсследование термомеханической стабильности сверхэластичности и разработка способов ее повышения в высокопрочных монокристаллах никелида титана с содержанием Ni от 50.6 до 52.0 ат.%.

РуководительТимофеева Екатерина Евгеньевна, Кандидат физико-математических наук

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

Период выполнения при поддержке РНФ

2018 г. - 2020 г.

Конкурс№28 - Конкурс 2018 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами».

Область знания, основной код классификатора 09 - Инженерные науки, 09-202 - Теплофизические свойства веществ и материалов, в том числе в экстремальных состояниях

Ключевые словаСверхэластичность, монокристаллы, никелид титана, термоупругое мартенситное превращение, дисперсные частицы, старение под нагрузкой, термомеханическая выдержка, механический гистерезис, обратимая деформация

Код ГРНТИ29.19.13; 29.19.15; 55.21.17

СтатусУспешно завершен

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Сплавы на основе TiNi с термоупругими мартенситными превращениями, проявляющими эффект памяти формы и сверхэластичности, широко применяются в различных областях промышленности и медицины. В связи с этим одним из важнейших направлений, связанных с разработкой сплавов на основе TiNi, является исследование стабильности их функциональных свойств в процессе эксплуатации. Большинство проведенных исследований ограничиваются изучением деградации функциональных свойств при циклических воздействиях (нагрузка/разгрузка, охлаждение/нагрев). Однако при эксплуатации такие материалы могут длительное время находиться под действием высоких внешних приложенных напряжений при повышенных температурах, что увеличивает скорость протекания диффузионных процессов и может оказывать значительное влияние на стабильность функциональных свойств материала. Выдержка под нагрузкой при высоких температурах (75-200°С) в аустенитом и мартенситном состоянии позволит смоделировать условия эксплуатации и выяснить их влияние на термомеханическую стабильность функциональные свойства. Исходя из вышесказанного, задачей проекта является выяснение закономерностей и механизмов влияния концентрации никеля, ориентации кристалла, размера, объемной доли и количества вариантов дисперсных частиц на термомеханическую стабильность сверхэластичности в монокристаллах двойных сплавов TiNi с содержанием Ni более 50.6 ат.%. Для этого будут проведены изотермические выдержки в аустенитном и мартенситном состояниях как под действием постоянной нагрузки, так и циклах нагрузка/разгрузка в условиях проявления сверхэластичности при различных режимах (в том числе высокие нагрузки и высокие температуры). Для успешного решения поставленной в проекте задачи будет проведено комплексное исследование термомеханической стабильности сверхэластичности в зависимости от следующих факторов. Во-первых, от концентрации никеля (при вариации содержания Ni от 50.6 до 52.0 ат.%), что оказывает значительное влияние на концентрацию точечных дефектов, прочностные свойства аустенита и мартенсита и микроструктуру мартенсита. Так, при концентрации никеля более 51,2 ат. % в сплавах TiNi формируется особая нанодоменная структура мартенсита (strain-glass) [Phys. Status Solidi B (2014) 251(10) 1982–92]. Изучение термомеханической стабильности проявления сверхэластичности в условиях высоких внешних приложенных напряжений позволит определить возможности управления нанодоменной мартенситной структурой в высоконикелевых сплавах на основе TiNi и может стать основой для оптимизации их функциональных свойств. Во-вторых, от размера и объемной доли частиц Ti3Ni4, выделяющихся при старении. Вариация размеров частиц приводит к различному механизму взаимодействия кристаллов мартенсита с дисперсными частицами, развитию термоупругих B2-B19′ мартенситных превращений через промежуточную R-фазу, изменению морфологии B19′-мартенсита охлаждения и B19′-мартенсита напряжений, вызывает изменение системы двойникования, толщины и плотности двойников в 5-20 раз по сравнению с однофазным состоянием. В-третьих, использование монокристаллов позволяет провести исследование термомеханической стабильности сверхэластичности в зависимости от ориентации кристаллов и числа вариантов частиц Ti3Ni4 (при старении под нагрузкой). Вариация ориентации и числа вариантов частиц позволит контролировать величину обратимой деформации и уровень предела текучести аустенита («мягкие» и «жесткие» ориентации) и, соответственно, температурный интервал развития сверхэластичности. Микроструктурное состояние с одним вариантом частиц по результатам выполнения многих проектов и работ [например, Ю.И. Чумляков, И.В. Киреева, Е.Ю. Панченко, Е.Е. Тимофеева. Механизмы термоупругих мартенситных превращений в высокопрочных монокристаллах сплавов на основе железа и никелида титана / под общ. Ред. Ю.И. Чумлякова. – Томск: Изд-во НТЛ, 2016. – 244 с.; Progress inMaterials Science 50 (2005) 511–678] является оптимальным для получения широкого интервала сверхэластичности, поэтому представляет особый интерес для исследования термомеханической стабильности сверхэластичности. Старение будет проведено под сжимающей нагрузкой вдоль <111> направления, а дальнейшее исследование вдоль различных ориентация для выяснения роли ориентации дальнодействующих полей напряжений от дисперсных частиц и оси деформации на процессы деградации и термомеханическую стабильность сверхэластичности. В итоге, будут получены новые данные о закономерностях и механизмах развития сверхэластичности в монокристаллах высоконикелевых сплавов TiNi в условиях высоких нагрузок и высоких температур. По итогам выполненных исследований будет проведен анализ и определены оптимальные параметры – ориентации, режима старения, размера частиц, прочностных свойств, содержания никеля и т.д. – для получения стабильной к термомеханическим выдержкам сверхэластичности. Таким образом, результаты проекта, во-первых, восполнят ряд существующих пробелов в исследовании термомеханической стабильности термоупругих мартенситных превращений в сплавах никелида титана, что может расширить область их практического применения. Во-вторых, позволят получить новые знания, не имеющие мировых аналогов, о закономерностях и механизмах формирования функциональных свойств в сплавах с термоупругими мартенситными превращениями в условиях воздействия повышенных температур (T>75°С) и высоких уровнях внешних напряжений (σ > 1000 МПа). Исходя из вышесказанного, тематика проекта соответствует первому направлению (Н1) «Переход к передовым цифровым, интеллектуальным производственным технологиям, роботизированным системам, новым материалам и способам конструирования, создание система обработки больших объемов данных, машинного обучения и искусственного интеллекта» из Стратегии научно-технологического развития Российской Федерации.

Ожидаемые результаты
1. В закаленных и состаренных монокристаллах TiNi (50,6 ат. % ≤ CNi < 52,0 ат.%) различных ориентаций будет определено влияние изотермических выдержек в аустенитном и мартенситном состояниях под действием постоянной нагрузки и в циклах нагрузка/разгрузка в условиях проявления сверхэластичности при различных режимах (в том числе высокие нагрузки и высокие температуры) на закономерности развития термоупругих мартенситных превращений, на характеристики сверхэластичности и микроструктуру монокристаллов. Выяснены микроструктурные механизмы деградации функциональных свойств. 2. На монокристаллах TiNi (50,6 ат. % ≤ CNi < 52 ат.%) будут проведены исследования закономерностей развития термоупругих мартенситных превращений и сверхэластичности до и после термомеханических выдержек в зависимости от размера, объемной доли и числа вариантов дисперсных частиц и от ориентации монокристалллов. 3. На монокристаллах высоконикелевых сплавов TiNi (50,6 ат. % ≤ CNi ≤ 52 ат.%) будет проведен анализ и определены закономерности влияния химического состава (содержания никеля) на сверхэластичность и ее термомеханическую стабильность. 4. Будет получено состояние, характеризующееся высокотемпературной сверхэластичностью и проведены исследования влияние термомеханических выдержек на ее реализацию при температурах выше 100 °С. 5. Будут определены оптимальные параметры – ориентации, режима старения, размера частиц, прочностных свойств, содержания никеля и т.д. – для получения стабильной к термомеханическим выдержкам сверхэластичности. Такие исследования позволят получить новые закономерности, выяснить механизмы развития термоупругих мартенситных превращений в экстремальных условиях эксплуатации, они необходимы для развития научно-технических направлений, связанных с конструированием высокопрочных сплавов со стабильной сверхэластичностью в широком интервале температур, включая высокотемпературную сверхэластичность. Уровень проекта соответствует мировому в области исследования сплавов с термоупругими мартенситными превращениями, эффектом памяти формы и сверхэластичностью. По результатам выполнения проекта будет представлено в печать 8 публикаций, из них 8 – в русскоязычных и зарубежных изданиях, индексируемых в базах данных «Сеть науки» (Web of Science) или «Скопус» (Scopus).

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Аннотация результатов, полученных в 2018 году
При выполнении проекта получены высококачественные монокристаллы сплавов TiNi (50.6 ат.% ≤ CNi < 52 ат.%). Проведено систематическое исследование термоупругих В2-В19' мартенситных превращений, эффекта памяти формы, сверхэластичности, внутреннего трения и модуля упругости в закаленных монокристаллах TiNi (50.6 ат.% ≤ CNi < 52 ат.%). Сверхэластичность под сжимающей нагрузкой в закаленных монокристаллах обнаружена только в <001>-ориентации. Экспериментально установлены оптимальные условия проявления сверхэластичности в высокопрочных высоконикелевых монокристаллах TiNi (CNi = 51.5 и 51.8 ат.%) с ориентациями <001>, <111> и <012>. Данные условия достигаются за счет старения при 823 К, которое приводит к выделению крупных частиц Ti3Ni¬4 и развитию мартенситных превращений через R-фазу. Впервые получен широкий интервал развития сверхэластичности 250 К в <001>-монокристаллах Ti-51.5ат.%Ni посредством старения при 823 К, 1 ч. За счет ступенчатого старения при 823 К, 1 ч + 673 К, 1 ч возможно создать бимодальную структуру распределения частиц вторичной фазы Ti¬3¬Ni4. В такой структуре обнаружены ступенчатое развитие R-B19' мартенситных превращений при охлаждении/нагреве и под нагрузкой, узкий механический и термический гистерезисы, самые низкие напряжения, необходимы для образования мартенсита среди исследуемых высоконикелевых сплавов. В состаренных монокристаллах выяснены закономерности изменения механического и термического гистерезиса в зависимости от температуры испытания, приложенных напряжений, ориентации (наличия вклада раздвойникования B19'-мартенсита) и режима старения. На монокристаллах Ti-50.6ат.%Ni проведен отбор режимов термомеханических выдержек в аустенитном состоянии под и без нагрузки, найден режим, который приводит к улучшению функциональных свойств – выдержка в аустените при 573 К, 1.5 ч в свободном состоянии и под сжимающей нагрузкой (400-500 МПа). Установлено, что в ходе выдержки выделяются наноразмерные частицы Ti3Ni4 (d < 10 нм), которые приводят к значительному увеличению прочностных свойств В2-фазы <001>-монокристаллов Ti-50.6ат.%Ni до более чем 2100 МПа и увеличению интервала развития сверхэластичности в 2 раза до 170 К. На монокристаллах Ti-50.6ат.%Ni после выдержек выяснены особенности термического и механического гистерезиса при развитии R−B19' и В2−B19' мартенситных превращений под нагрузкой. При развитии R-B19' мартенситных превращений термический и механический гистерезисы уменьшаются в 2 раза с ростом приложенных напряжений и температуры испытания, что связано с изменением параметров R-фазы с температурой. Такое изменение нехимической составляющей свободной энергии оказывает сильное влияние на уровень напряжений и его зависимость от температуры, что учитывается в обобщенном уравнении Клапейрона-Клаузиуса.

Публикации

1. Тимофеева Е.Е., Панченко Е.Ю., Суриков Н.Ю., Тагильцев А.И., Пичкалёва М.В., Ларченкова Н.Г. , Чумляков Ю.И., Андреев В.А. Особенности термического и механического гистерезиса при развитии B2−B19' мартенситных превращений через R-фазу в состаренных [001]-монокристаллах Ti−50.6ат.%Ni Известия высших учебных заведений. Физика, № 12, Т. 61, 2018 г. (год публикации - 2018)

2. Тимофеева Е.Е., Суриков Н.Ю., Тагильцев А.И., Ефтифеева А.С., Тохметова А.Б., Янушоните Э.И., Панченко Е.Ю., Чумляков Ю.И. Влияние низкотемпературной термообработки на развитие сверхэластичности в монокристаллах Ti-50.6Ni (at.%) Письма в журнал технической физики, 2019, том 45, вып. 3, стр. 55-58 (год публикации - 2019)

3. Суриков Н.Ю., Тимофеева Е.Е., Панченко Е.Ю., Чумляков Ю.И. Эффект памяти формы и сверхэластичность в высокопрочных [001]-монокристаллах Ti-50.6Ni (ат. %) Перспективные материалы конструкционного и медицинского назна- чения : сборник трудов Международной научно-технической молодежной конфе- ренции., стр. 231-233 (год публикации - 2018)

4. Тимофеева Е.Е, Панченко Е.Ю., Тагильцев А.И, Чумляков Ю.И. The features of the orientation dependence of reversible strain in aged TiNi single crystals at the variation of Ni concentration ESOMAT 2018 11th European Symposium on Martensitic Transformations Book Of Abstracts, - (год публикации - 2018)

Аннотация результатов, полученных в 2019 году
При выполнении проекта получены высококачественные высоконикелевые монокристаллы TiNi (50.6 ат.% ≤ CNi < 52 ат.%). Впервые проведено систематическое исследование влияния термомеханических выдержек при повышенных температурах (373-573 К) и напряжениях (0-2000 МПа) на закономерности развития В2-В19' мартенситных превращений под нагрузкой, эффекта памяти формы и сверхэластичности при деформации сжатием в монокристаллах Ti-50.6ат.%Ni, Ti-51.5ат.%Ni, Ti-51.8ат.%Ni, ориентированных вдоль высокопрочного [001]-направления. Систематические исследования термомеханической стабильности эффекта памяти формы и сверхэластичности проведены в зависимости от следующих параметров: • микроструктура состаренных монокристаллов TiNi (размер дисперсных частиц Ti3Ni4); • режим термомеханических выдержек − температура, величина приложенных сжимающих напряжений, продолжительность, кристаллическая структура, в которой производились выдержки (в аустените без нагрузки, в условиях упруго-нагруженного аустенита, в мартенсите под нагрузкой и при циклировании нагрузка/разгрузка в интервале напряжений развития мартенситных превращений под нагрузкой); • химический состав (содержание никеля CNi < 51ат.% и CNi > 51ат. %). Впервые экспериментально установлены физические причины деградации функциональных свойств при высокотемпературных выдержках в аустените и мартенсите под нагрузкой, которые заключаются в • стабилизации В2-аустенита во время выдержек, исключающих выделение частиц вторичных фаз (при 373-423 К, аустенит, 0-1500 МПа, 1-7 ч), наблюдается в закаленных монокристаллах Ti−50.6ат.%Ni и состаренных монокристаллах Ti−50.6ат.%Ni, Ti−51.5ат.%Ni с крупными частицами Ti3Ni4 размером 400-600 нм; • выделении наноразмерных частиц в ходе выдержек (выше 523 К, аустенит, 0-1400 МПа, 1-5 ч), наблюдается в состаренных монокристаллах Ti−51.8ат.%Ni с крупными частицами Ti3Ni4 размером 800 нм; • деформации крупных частиц Ti3Ni4 в ходе выдержек (423 К, мартенсит, 2 ГПа), наблюдается в состаренных монокристаллах Ti−51.5ат.%Ni, содержащих только крупные частицы Ti3Ni4 размером 600 нм. Впервые для каждого химического состава [001]-монокристаллов Ti-50.6ат.%Ni, Ti-51.5ат.%Ni, Ti-51.8ат.%Ni определены оптимальные состояния для получения высокотемпературной сверхэластичности и эффекта памяти формы, стабильных к термомеханическим выдержкам и эксплуатации при повышенных температурах (373-573 К) и напряжениях (500-2000 МПа). На основе исследований разработаны монокристаллы, характеризующиеся высокой термомеханической стабильностью эффекта памяти формы и высокотемпературной сверхэластичностью − [001]-монокристаллы Ti-51.5Ni (ат.%) после ступенчатого старения при 850 К, 1 ч + 673 К, 1 ч. Это старение приводит к формированию бимодального распределения частиц Ti3Ni4 по размерам d ~ 600 нм и d < 30 нм. Данная структура отличается высокими прочностными свойствами (2,3 ГПа), широким интервалом развития сверхэластичности (250 К), малым механическим гистерезисом (75 МПа) при развитии сверхэластичности и является наиболее стабильной к выдержкам в упруго-нагруженном аустените и мартенсите, при циклических нагрузках/разгрузках вплоть до температур 423 К и напряжений 2 ГПа, которые не приводят к каким-либо изменениям функциональных свойств и микроструктуры монокристаллов.

Публикации

1. Суриков Н.Ю., Тимофеева Е.Е., Панченко Е.Ю., Чумляков Ю.И., Ларченкова Н.Г., Янушоните Э.И., Тохметова А.Б. Stress-assisted austenite ageing kinetics in [001]-oriented Ni50.6Ti49.4 single crystals AIP Conference Proceedings, V. 2167, 2019, P. 020355 (год публикации - 2019) https://doi.org/10.1063/1.5132222

2. Тимофеева Е.Е., Панченко Е.Ю., Тагильцев А.И., Чумляков Ю.И., Жердева М.В., Андреев В.А. Влияние термомеханических выдержек при высокой температуре и нагрузке на мартенситные превращения в высокопрочных монокристаллах Ti−51.8ат.%Ni Russian Physics Journal, - (год публикации - 2019)

3. Тимофеева Е.Е., Суриков Н.Ю., Тагильцев А.И., Ефтифеева А.С., Панченко Е.Ю., Чумляков Ю.И. The orientation dependence of thermal and stress hysteresis at ReB19’ martensitic transformation in aged Ni50.6Ti49.4 single crystals Journal of Alloys and Compounds, Номер статьи 152719 (год публикации - 2019) https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2019.152719

4. Суриков Н.Ю., Тимофеева Е.Е., Панченко Е.Ю., Чумляков Ю.И. Ориентационная зависимость термического гистерезиса при развитии R-B19' МП в состаренных монокристаллах сплава Ni50,6Ti49,4 Тезисы докладов Международной конференции «Перспективные материалы с иерархической структурой для новых технологий и надежных конструкций», Томск: Издательский Дом ТГУ, 2019, С. 310 (год публикации - 2019)

5. Суриков Н.Ю., Тимофеева Е.Е., Панченко Е.Ю., Чумляков Ю.И. Закономерности R-B19' и B2-B19' мартенситных превращений под нагрузкой в состаренных [001]-монокристаллах сплава Ni50.6Ti Материалы Международного симпозиума «Перспективные материалы и технологии», Витебск: УО «ВГТУ», 2019, С. 425-426 (год публикации - 2019)

6. Тагильцев А.И., Тимофеева Е.Е., Панченко Е.Ю., Чумляков Ю.И. Effects of one- and two-step aging on superelasticity in Ni-rich TiNi single crystals Abstracts E-Book of 4th Euro Symposium on Intelligent Materials 2019, Kiel, Germany, 2019, P. 1 (год публикации - 2019)

7. Тимофеева Е.Е., Пичкалева М.В., Суриков Н.Ю., Тагильцев А.И., Ефтифеева А.С., Панченко Е.Ю., Чумляков Ю.И. Сверхэластичность и эффект памяти формы в высоконикелевых монокристаллах Ti-51.7Ni после ступенчатого старения Тезисы докладов Международной конференции «Перспективные материалы с иерархической структурой для новых технологий и надежных конструкций», Томск: Издательский Дом ТГУ, 2019, С. 304 (год публикации - 2019)

8. - Ученые проверят стабильность никелида титана в экстремальных условиях Сайт Национального исследовательского Томского государственного университета, - (год публикации - )

9. - Ученые проверят стабильность никелида титана в экстремальных условиях Сайт Российского научного фонда, - (год публикации - )

10. - Ученые проверят стабильность никелида титана в экстремальных условияХ Сайт Программы повышения конкурентоспособности Национального исследовательского Томского государственного университета, - (год публикации - )

11. - Томские ученые проверят стабильность никелида титана в экстремальных условиях Сайт Института нефтегазовой геологии и геофизики им. А.А. Трофимука, - (год публикации - )

Аннотация результатов, полученных в 2020 году
Впервые проведено исследование влияния количества вариантов крупных частиц Ti3Ni4 (d > 400 нм) на функциональные и механические свойства, их цикличческую и термомеханическую стабильность в высоконикелевых монокристаллов TiNi (50,6 ат.% ≤ CNi < 52 ат.%). Экспериментально получено, что при выделении крупных частиц Ti3Ni4 четырех вариантов температурный интервал развития СЭ слабо зависит от содержания никеля, в отличие от монокристаллов с одним вариантом частиц. В монокристаллах, содержащих четыре варианта частиц, СЭ проявляется в широком интервале температур от ~150 К в Ti-51,2ат.%Ni до 200 К в Ti-51,7ат.%Ni. В монокристаллах с одним вариантом крупных частиц Ti3Ni4 увеличение CNi с 51,2 ат.% до 51,7 ат.% приводит к расширению интервала развития СЭ в 10 раз от 20 К до 200 К. Такое поведение интерпретируется низкими прочностными свойствами в монокристаллах с одни вариантом крупных частиц Ti3Ni4. Разработаны рекомендации для получения высокотемпературной СЭ в высоконикелевых монокристаллах TiNi с одним и четырьмя вариантами крупных частиц Ti3Ni4. Впервые обнаружено условие для развития высокотемпературной СЭ до 498 К в монокристаллах TiNi с одним вариантом крупных частиц Ti3Ni4, которое заключается в выборе химического состава с большим содержанием никеля 51,7 ат.% и выше. При более низком содержании никеля 51,0-51,5 ат.% для получения высокотемпературной СЭ и высоких прочностных свойств целесообразнее проводить старение в свободном состоянии, чем под нагрузкой. Экспериментально установлено, что термомеханическая и циклическая стабильность ЭПФ и СЭ определяется числом вариантов крупных частиц Ti3Ni4 и содержанием никеля в [001]-монокристаллах TiNi (50,6 ат.% ≤ CNi < 52 ат.%) при деформации сжатием. Состаренные без нагрузки монокристаллы проявляют более высокую термомеханическую стабильность, чем монокристаллы, состаренные под нагрузкой. Это утверждение справедливо для всех исследованных химических составов СNi = 51,2-51,7 ат.%, содержащих крупные частицы Ti3Ni4. С ростом содержания никеля термомеханическая и циклическая стабильность СЭ увеличиваются в монокристаллах, состаренных под нагрузкой и в свободном состоянии. Наиболее стабильными по отношению к испытаниям при высокой температуре и напряжениях являются монокристаллы Ti-51,5ат.%Ni с четырьмя вариантами крупных частиц Ti3Ni4 и монокристаллы Ti-51,7ат.%Ni с одним вариантом частиц Ti3Ni4. На основе проведенного анализа экспериментальных данных, полученных за 2018-2020 гг., выяснены зависимости прочностных свойств В2-фазы и интервала развития СЭ от химического состава (содержания никеля) монокристаллов TiNi (50,6 ат. % ≤ CNi ≤ 52 ат.%). Для каждой разработанной в проекте микроструктуры гетерофазных монокристаллов увеличение никеля приводит к увеличению прочностных свойств и расширению интервала развития СЭ. Высокие прочностные свойства и наиболее широкие интервалы развития СЭ наблюдаются, во-первых, в монокристаллах Ti-50,6ат. %Ni с наноразмерными частицами Ti3Ni4 с d < 30 нм (2100 МПа и 253÷423 К). Во-вторых, в монокристаллах TiNi при CNi = 51,2-51,8 ат.% с крупными (d > 400 нм) частицами Ti3Ni4 четырех вариантов (1600-2100 МПа и 203÷460 К). В-третьих, в монокристаллах Ti-51,5ат.%Ni с бимодальным распределением частиц Ti3Ni4: между крупными частицами находятся наноразмерные частицы (до 2400 МПа и 270÷ 460 К и выше). Определены оптимальные параметры для получения стабильной к термомеханическим выдержкам СЭ. Для этого необходимо высокое исходное содержание никеля 51,2-51,8 ат.% в монокристаллах, которые будут подвергнуты высокотемпературному старению при 823 К для выделения крупных частиц Ti3Ni4 (d > 400 нм). Если содержание никеля находится в пределах 51,2-51,5 ат.% необходимым условием является формирование бимодального распределения частиц Ti3Ni4, где между крупными частицами (d > 400 нм) находятся наноразмерные частицы (d < 30 нм). Выделения наноразмерных частиц возможно добиться за счет дополнительного старения при 673 К или за счет медленного охлаждения после старения при 823 К.

Публикации

1. Е.Е. Тимофеева, Н.Ю. Суриков, А. Тагильцев, А. Ефтифеева, А.А. Нейман, Е.Ю. Панченко, Ю.И. Чумляков The superelasticity and shape memory effect in Ni-rich Ti-51.5Ni single crystals after one-step and two-step ageing Materials Science & Engineering A, V. 796. P. 140025 (год публикации - 2020) https://doi.org/10.1016/j.msea.2020.140025

2. Тимофеева Е. Панченко, А. Ефтифеева, Е. Янушоните, М.В. Жердева, Ю.И. Чумляков, М. Волочаев The Effect of High-Temperature and High-Stress Martensite Aging on Martensitic Transformation and Microstructure of Ti-51.5ат.%Ni Single Crystals AIP Conference Proceedings, - (год публикации - 2020)

3. Тимофеева Е. Панченко, А. Тагильцев, Н. Ларченкова, А. Тохметова, Ю.И. Чумляков, М. Волочаев Orientation dependence of superelasticity in quenched high-nickel Ti- 51.8Ni single crystals Materials Letters, V. 282, P. 128677 (год публикации - 2021) https://doi.org/10.1016/j.matlet.2020.128677

4. Жердева М.В., Тимофеева Е.Е., Панченко Е.Ю., Чумляков Ю.И. Влияние старения в свободном состоянии и под нагрузкой на эффект памяти формы в высокопрочных гетерофазных [001]-монокристаллах сплава Ni51,5Ti48,5 (ат.%) Тезисы докладов Международной конференции «Физическая мезомеханика. Материалы с многоуровневой иерархически организованной структурой и интеллектуальные производственные технологии»,, Секция 4, стр.285-286. (год публикации - 2020)

5. М.В. Жердева, Е.Е. Тимофеева, Е.Ю. Панченко, Ю.И. Чумляков Сверхэластичность и эффект памяти формы в состаренных под и без нагрузкой монокристаллах высоконикелевых сплавов Ti-Ni Физика твердого тела: сборник материалов XVII Российской научной студенческой конференции, стр. 30-32. (год публикации - 2020)

6. Тагильцев А.И., Тимофеева Е.Е., Тохметова А.Б., Ларченкова Н.Г., Суриков Н.Ю., Панченко Е.Ю. Ориентационная зависимость развития мартенситных превращений под нагрузкой в высоконикелевых кристаллах Ti-51.8ат.%Ni Тезисы докладов Международной конференции «Физическая мезомеханика. Материалы с многоуровневой иерархически организованной структурой и интеллектуальные производственные технологии», Секция 4, стр.288-289. (год публикации - 2020)

7. Тимофеева Е.Е., Панченко Е.Ю., Ефтифеева А.С., Янушоните Э.И., Жердева М.В., Чумляков Ю.И. Влияние выдержек в аустените и мартенсите под нагрузкой на развитие мартенситных превращений и микроструктуру высоконикелевых монокристаллов Ti-51.5ат.%Ni Тезисы докладов Международной конференции «Физическая мезомеханика.Материалы с многоуровневой иерархически организованной структурой и интеллектуальные производственные технологии», Секция 4, стр. 278-279. (год публикации - 2020)

Возможность практического использования результатов
Выполненные в настоящем проекте исследования являются научной основой для разработки ультравысокопрочных монокристаллов TiNi с высокотемпературной сверхэластичностью с высокой циклической и термомеханической стабильностью. Результаты проекта могут быть использованы, во-первых, научным коллективам, которые занимаются исследованиями функциональных материалов с памятью формы на основе TiNi, во-вторых, исследователями на производстве, которые занимаются разработкой сплавов TiNi и созданием на их основе актюаторов, датчиков, рабочих элементов, сенсоров и пр. для применения в авиакосмической индустрии, машиностроении и др отраслях. Результаты проекта не имеют мировых аналогов и имеют принципиальное значение для развития приоритетных направлений науки, технологий и техники Российской Федерации в целях модернизации и технологического развития российской экономики и повышения ее конкурентоспособности.