Тульский государственный университет (ТулГУ), Тула, Россия¹ ; ООО «Метсинтез», Тула, Россия²:

С. С. Володько, аспирант кафедры «Физика металлов и материаловедение»^1,2, эл. почта: volodko.sv@yandex.ru

НИТУ «МИСиС», Москва, Россия:
А. В. Коротицкий, старший научный сотрудник, канд. физ.-мат. наук, эл. почта: akorotitskiy@gmail.com

Тульский государственный университет (ТулГУ), Тула, Россия:
Г. В. Маркова, заведующая кафедрой «Физика металлов и материаловедение», докт. техн. наук, эл. почта: galv.mark@rambler.ru

ООО «Метсинтез», Тула, Россия:

А. В. Касимцев, директор, докт. техн. наук, эл. почта: metsintez@yandex.ru

Исследовано деформационное поведение порошкового сплава Ti_29,7Ni_50,3Hf₂₀ в условиях высокотемпературного одноосного сжатия в области температур 700–1000 ^oC и скоростей деформации в пределах ε = 0,003÷30 с^–1. Показано, что при малых деформациях напряжения деформации сопротивления резко нарастают с увеличением степени деформации (упругая область), затем на диаграмме деформации в области упругопластического перехода наблюдали максимум напряжений (σ_p), за которым в зависимости от температурно-скоростных условий процесса следует либо стадия установившегося течения металла, либо стадия разупрочнения. Наличие на диаграмме деформации пика напряжений может свидетельствовать о начале процесса динамической рекристаллизации. В экспериментах наблюдается эффект деформационного нагрева (T), что влияет на характер диаграмм деформации. При ε = 0,3 с^–1 ΔT приводит к волнообразному характеру кривых деформации, а при ε = 3÷30 с^–1 — к разупрочнению по мере накопления деформации образцом. Максимальная величина T = 120 ^oC зарегистрирована для температуры деформации 700 ^oC и ε = 3 с^–1. Минимальные значения p наблюдаются в диапазоне температур 800–1000 ^oC и скоростей деформации ε = 0,003–0,3 с–1. Эта область может рассматриваться как наиболее пред почтительная в плане термомеханической обработки порошкового сплава Ti_29,7Ni_50,3Hf₂₀. Полученные в результате эксперимента данные позволили вывести аналитическое уравнение, способное предсказывать в рамках факторного пространства эксперимента значения напряжений течения материала. Показано, что полученная модель адекватно описывает деформационное поведение исследуемого сплава, а относительная ошибка между экспериментальными и расчетными значениями не превышает 6 %.

Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта № 20-38-90238.

1. Gangil N., Siddiquee A. N., Maheshwari S. Towards applications, processing and advancements in shape memory alloy and its composites // Journal of Manufacturing Processes. 2020. Vol. 59. P. 205–222.
2. Jani J. M., Leary M., Subic A., Gibson M. A. A review of shape memory alloy research, applications and opportunities // Materials & Design. 2014. Vol. 56. P. 1078–1113.
3. Song G., Ma N., Li H.-N. Applications of shape memory alloys in civil structures // Engineering Structures. 2006. Vol. 28. P. 1266–1274.
4. Ma J., Karaman I., Noebe R. D. High temperature shape memory alloys // International Materials Reviews. 2010.Vol. 55. P. 257–315.
5. Tong Y., Shuitcev A., Zheng Y. Recent Development of TiNi-Based Shape Memory Alloys with High Cycle Stability and High Transformation Temperature // Adv. Eng. Mater. 2020. Vol. 22. P. 1900496.

6. Stebner A. P., Bigelow G. S. Yang J., Shukla D. P., Saghaian S. M. et al. Transformation strains and temperatures of a nickel – titanium – hafnium high temperature shape memory alloy // Acta Materialia. 2014. Vol. 76. P. 40–53.
7. Маркова Г. В, Касимцев А. В., Володько С. С., Алимов И. А. Влияние поперечно-винтовой прокатки на структуру и свойства порошкового сплава TiNi. Ч. 2 // Цветные металлы. 2018. № 12. С. 75–81. DOI: 10.17580/tsm.2018.12.11.
8. Umale T., Salas D., Tomes B., Arroyave R., Karaman I. The effects of wide range of compositional changes on the martensitic transformation characteristic of NiTiHf shape memory alloys // Scripta Materialia. 2019. Vol. 161. P. 78–83.
9. Dehghani K., Khamei A. A. Hot deformation behavior of 60Nitinol (Ni60wt% – Ti40wt%) alloy: Experimental and computational studies // Mat. Sci. and Eng. A. 2010. Vol. 527, Iss. 3. P. 684–690.
10. Belbasi M. Salehi M. T., Mousavi S. A. A. A., Ebrahimi S. M. A study on the mechanical behavior and microstructure of NiTiHf shape memory alloy under hot deformation // Mater. Sci. and Eng. A. 2013. Vol. 560. P. 96–102.
11. Wang Z., Xu X.-W., Zhang B. Hot compression deformation behavior of biomedical Ni – Ti alloy // Rare Metals. 2019. Vol. 38. P. 609–619.
12. Yu W., Li H., Du R., You W., Zhao M. et al. Characteristic constitution model and microstructure of an Al – 3,5Cu – 1,5Li alloy subjected to thermal deformation // Materials Characterization. 2018. Vol. 145. P. 53–64.
13. Yang Z.-W., Li H., Zhang Y.-H., Liu X., Wang X.-H. et al. Microstructure evolution of Ni47Ti44Nb9 shape memory alloy in high-temperature deformation // International Journal of Lightweight Materials and Manufacture. 2020. Vol. 3. P. 376–386.
14. Lv S., He J. X., Wan Z., Li Y., Qu X. Hot Deformation Characteristics and Dynamic Recrystallization Mechanisms of a Novel Nickel-Based Superalloy // Adv. Eng. Mater. 2020. Vol. 22. P. 2000622.
15. Yang F., Coughlin D. R., Phillips P. J., Yang L., Devaraj A. et al. Structure analysis of a precipitate phase in an Ni-rich hightemperature NiTiHf shape memory alloy // Acta Materialia. 2013. Vol. 61, Iss. 9. P. 3335–3346.
16. Karaca H. E., Saghaian S. M., Ded G., Tobe H., Basaran B. et al. Effects of nanoprecipitation on the shape memory and material properties of an Ni-rich NiTiHf high temperature shape memory alloy // Acta Materialia. 2013. Vol. 61, Iss. 19. P. 7422–7431.