Хмелевская И.Ю., Прокошкин С.Д., Андреев В.А., Юсупов В.С., Перкас М.М., Просвирнин В.В., Шелест А.Е., Карелин Р.Д.// VI Международная конференция с элементами научной школы для молодёжи «ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ НАНОМАТЕРИАЛЫ И ВЫСОКОЧИСТЫЕ ВЕЩЕСТВА», 3-7 октября 2016, г. Суздаль, Россия, Сборник материалов конференции, С. 239-240//

Influence of different thermomechanical treatments, including equal channel angular pressing and warm rotary forging, on microstructure, main functional and mechanical properties of two Ti-Ni shape memory alloys were studied. It was determined that investigated combinations of thermomechanical treatment gave high level of strength properties and plasticity. High level of fully reversible deformation may be defined by a large difference between dislocation and phase yield strengths.

Известно, что термомеханическая обработка, включающая интенсивную пластическую деформацию (ИПД) формирует в сплавах c памятью формы (СПФ) ультрамелкозернистую структуру, обеспечивающую повышенный уровень функциональных свойств (ФС). В работах [1] показано, что максимальное увеличение комплекса свойств может быть достигнуто путем формирования нанокристаллической структуры. Поэтому развитие методов ИПД идет по пути поиска схем, позволяющих получать массивные заготовки с нанокристаллической структурой. Это позволило бы значительно увеличить ресурс полностью обратимой деформации и реактивного напряжения и снизить металлоемкость изделий, тем самым дав возможность усовершенствовать уже существующие устройства и значительно расширить область применения СПФ на основе Ti-Ni.

Наиболее перспективным методом формирования НКС структуры в массивных заготовках на сегодняшний день является равноканальное угловое прессование (РКУП) [2,3]. Однако после применения данного метода необходимо дальнейшее изменение размеров заготовки для получения как объемного, так и длинномерного полуфабриката. В работе исследовали влияние различных комбинаций РКУП и ротационной ковки на структуру и механические свойства сплава с памятью формы на основе никелида титана.

Слитки сплава 1 – Ti-50,2ат.%Ni и 2 – Ti-50,0ат.%Ni массой 25 кг подвергали горячей поперечно-винтовой прокатке до получения прутка диаметром 20 мм за несколько проходов с единичными обжатиями 7-20% и промежуточными нагревами при 950-850^оС. Далее прутки сплава 1 подвергали равноканальному угловому прессованию (РКУП) ) в квазинепрерывном режиме при температуре 400^оС за 3, 5 и 7 проходов при угле пересечения каналов 120^о. В качестве контрольной обработки служило обычное периодическое РКУП за 20 проходов при 450^оС с промежуточными подогревами. Прутки сплава 2 в свою очередь подвергали равноканальному угловому прессованию (РКУП) в периодическом режиме при 450^оС за 6 проходов и затем теплой ковке при 500^оС (ТК500) до диаметра 5,0 мм, либо горячей ковке (ГК) до диаметра 12,3 мм и теплой ковке при 450^оС (ТК450) и 350^оС (ТК350) до 5,0 мм. После деформации проводили отжиг при 450 и 550^оС (1 ч).

Механические свойства определяли при испытаниях на растяжение. Обратимую деформацию определяли термомеханическим методом, используя схему изгиба. Характеристические температуры мартенситных превращений определяли методом дилатометрии. Структуру исследовали с помощью просвечивающей электронной микроскопии.

В результате РКУП в обычном режиме была получена смешанная ультрамелкая структура с размерами структурных элементов (зёрен и субзёрен) от 50 до 300 нм и высокой плотностью свободных дислокаций внутри. После ГК+ТК в сплаве создается смешанная субмикрокристаллическая структура (диаметр зерна 100-150 нм) с небольшими вкраплениями наносубзеренных участков и высокой плотностью дислокаций. Структура, полученная после РКУП+ТК, более однородна по размеру структурных элементов. Последеформационный отжиг при температуре 450°С уменьшает количество дефектов структуры и также делает ее более однородной. РКУП в квазинепрерывном режиме уже за 3 прохода формирует смешанную субмикрокристаллическую и наносубзеренную структуру. Увеличение числа проходов с 3 до 7 приводит к уменьшению среднего размера структурных элементов до 103±5 нм.

Использованные режимы обработки обеспечивают высокие прочностные свойства (s_0,2=760-900 и s_в=850-1200 МПа) и высокие характеристики пластичности (d=24-64%). Высокие значения полностью обратимой деформации (6-9,5%) определяются большой разностью между дислокационным и фазовым пределами текучести (Ds=650-870 МПа).

Литература.

1. S. D. Prokoshkin, V. Brailovskii, K. E. Inaekyanet al. Structure and properties of severely cold-rolled and annealed Ti-Ni shape memory alloys. Mater Sci Eng A, 2008, v.481-482, p. 114-118.

2. Структурообразование и функциональные свойства сплавов Ti-Ni после интенсивной пластической деформации / Трубицина И.Б. // Москва: НИТУ МИСиС, 2005. с.35-47,88,91.

3. D.Gunderov, D.Lukyanov, E.Prokofiev, A.Churakova, V.Pushin, S.Prokoshkin , V.Stolyarov, R.Valiev. Microstructure and mechanical properties of the SPD-processed TiNi alloys. Materials Science Forum, 2013, v. 738-739, p. 486-490.