Логин:
Пароль:

Работа №1722
Название работы
Создание и исследование монокристаллов новых ферромагнитных интерметаллидов CoNiGa, CoNiAl с высокотемпературной сверхэластичностью и памятью формы
Автор работы
Чумляков Юрий Иванович
Дата начала работы Дата окончания работы
2011-05-13 2013-11-19
Аннотация
Цель работы состоит в создании новых функциональных интерметаллидов с памятью формы и высокотемпературной сверхэластичностью за счет старения монокристаллов CoNiAl, CoNiGa, в свободном состоянии и под нагрузкой.Решаемые задачи: Конкретные фундаментальные задачи состоят, во-первых, в создании новых интерметаллидов на основе CoNiAl, CoNiGa, испытывающих B2-L10 термоупругие мартенситные превращения. Во-вторых, установить оптимальные ориентации кристаллов, в которых будут наблюдаться максимальные значения эффекта памяти формы и сверхэластичности. Исследовать ориентационную зависимость величины механического гистерезиса. В-третьих, в однофазных интерметаллидах и нанокомпозитах установить температурный интервал сверхэластичности, обусловленный развитием обратимых термоупругих мартенситных превращений под нагрузкой. Показать принципиальную возможность получения высокотемпературной сверхэластичности при температурах испытания от Т=300К до Т= 473К.
Тип НИР Источник финансирования Объем финансирования Вид работы
ФЦП 1006600 Министерство образования и науки Российской Федерации Фундаментальная
Промежуточный реферат №1
Объект исследования: монокристаллы В2-интерметаллидов (Co-Ni-Al, Co-Ni-Ga), испытывающие термоупругие мартенситные превращения и связанные с ними эффекты памяти формы и сверхэластичности. Цель работы - рост высококачественных монокристаллов ферромагнитных сплавов Co-Ni-Al, Co-Ni-Ga, выбор и обоснование оптимального варианта направления работы и проведение экспериментальных исследований по влиянию старения на микроструктуру монокристаллов. В процессе работы были использованы следующие методы: метод Бриджмена для роста монокристаллов, оптическая металлография, растровая электронная микроскопия, просвечивающая электронная микроскопия, метод рентгеноструктурного анализа по определению ориентации кристаллов, испытания на растяжение и сжатие образцов. При выполнении отдельных видов работ по Государственному контракту получены следующие результаты: 1. Аналитический обзор на основе обобщения литературных данных по исследованию термоупругих мартенситных превращений и влиянию термических обработок на структуру и функциональные свойства ферромагнитных интерметаллидов на основе Co-Ni-Al и Co-Ni-Ga. 2. Выращены монокристаллы сплавов Co-Ni-Al и Co-Ni-Ga. 3. Созданы нанокомпозиты на основе монокристаллов Co-Ni-Al и Co-Ni-Ga с различными параметрами микроструктуры – размером, объемной долей частиц за счет выбора режимов старения. Разработаны методики старения под сжимающей/растягивающей нагрузкой в аустенитном и мартенситном состоянии.
Инвентарный номер отчета (ИК): 02201158294 Дата регистрации ИК: 2011-06-21
Промежуточный реферат №2
Объект исследования: монокристаллы В2-интерметаллидов сплава Co-Ni-Ga, испытывающие термоупругие мартенситные превращения и связанные с ними эффекты эффект памяти формы и сверхэластичность. Цель работы – исследование влияния частиц γ- и γ´-фазы на температуры термоупругого B2-L10 мартенситного превращения, величину термического гистерезиса и тонкую структуру L10-мартенсита. В процессе работы были использованы следующие методы: оптическая металлография, просвечивающая электронная микроскопия, рентгеноструктурный анализ по определению ориентации кристаллов, дифференциальная сканирующая калориметрия для определения температур мартенситного превращения. При выполнении работ по Государственному контракту получены следующие результаты: 1. Выделение частиц γ-фазы не приводит к изменению морфологии L10-мартенсита и не увеличивает термический гистерезис для B2-L10 мартенситного превращения по сравнению с однофазным состоянием. 2. Выделение дисперсных частиц γ´-фазы приводит: – к изменению морфологии L10-мартенсита: мартенсит становится тоньше, уменьшает размеры по длине и по толщине по сравнению с закаленными кристаллами. Как показывают in-situ эксперименты по охлаждению тонких фольг состаренных образцов в колоне электронного микроскопа структура L10-мартенсита и механизм взаимодействия «частица-мартенсит» определяются размером частиц γ´-фазы; – к понижению MS и к увеличению термического гистерезиса ΔT в 5.5 раза относительно закаленных кристаллов.
Инвентарный номер отчета (ИК): 02201161758 Дата регистрации ИК: 2011-10-28
Промежуточный реферат №3
Объект исследования: монокристаллы В2-интерметаллидов сплава Co-Ni-Ga, испытывающие термоупругие мартенситные превращения и связанные с ними эффекты: эффект памяти формы и сверхэластичность. Цель работы – исследование условий для развития сверхэластичности в широком температурном интервале и проявления сверхэластичности при высоких температурах выше 623 К, влияния ориентации оси кристалла и частиц γ´-фазы на развитие высокотемпературной сверхэластичности при B2-L10 мартенситном превращении в монокристаллах и нанокомпозитах сплава Co49Ni21Ga30 (ат. %). В процессе работы были использованы следующие методы: оптическая металлография, просвечивающая электронная микроскопия, рентгеноструктурный анализ по определению ориентации кристаллов, механические испытания на сжатие в широком температурном интервале. При выполнении работ по Государственному контракту получены следующие результаты: 1. Монокристаллы сплава Co49Ni21Ga30 (ат. %) в однофазном состоянии проявляют широкий температурный интервал сверхэластичности и высокотемпературную сверхэластичность при температуре выше 623 К, которые зависят от ориентации оси кристалла. Максимальный температурный интервал сверхэластичности обнаружен в кристаллах [001] ориентации, который составляет 330 К, а максимальная температура обнаружения сверхэластичности равна 670 К. 2. Выделение дисперсных частиц γ´- фазы приводит к развитию сверхэластичности в широком температурном интервале во всех ориентациях: ΔT в [001]-кристаллах и ΔT в оказывается равными 330 К. 3. Предложен критерий для получения высокотемпературной сверхэластичности, который состоит в достижении высокопрочного состояния высокотемпературной фазы одновременно с минимизацией напряжений, необходимых для начала МП под нагрузкой за счет высоких значений деформации превращения ε0 и малых значений α=dσ0.1(Т)/dT. ОТЧЕТ о ПАТЕНТНЫХ ИССЛЕДОВАНИЯХ с.37 - 71
Инвентарный номер отчета (ИК): 02201259537 Дата регистрации ИК: 2012-07-03
Промежуточный реферат №4
Объект исследования: монокристаллы В2-интерметаллидов сплава Co-Ni-Al, испытывающие термоупругие мартенситные превращения и связанные с ними эффекты: эффект памяти формы и сверхэластичность. Цель работы – исследование закономерностей развития термоупругих В2-L10 мартенситных превращений, асимметрии (при изменении способа деформации – растяжение/сжатие), и ориентационной зависимости температурного интервала сверхэластичности, прочностных свойств высокотемпературной В2-фазы, величины эффекта памяти формы и сверхэластичности, механического гистерезиса, в монокристаллах ферромагнитного сплава Co40Ni33Al27 (I), Co35Ni35Al30 (II) (ат. %) в однофазном состоянии без частиц и после низкотемпературного старения при 673 К. В процессе работы были использованы следующие методы: 1. Оптическая металлография; 2. Просвечивающая электронная микроскопия; 3. Рентгеноструктурный анализ по определению ориентации кристаллов; 4. Механические испытания на сжатие в широком температурном интервале. При выполнении работ по Государственному контракту получены следующие результаты: 1. Установлено, что в интервале температур образования мартенситных превращений под нагрузкой в монокристаллах Сo40Ni33Al27, Co35Ni35Al30 (ат.%) величина зависит от ориентации и способа деформации. Температура начала сверхэластичности T1 в исследованных кристаллах может быть выше температуры конца обратного мартенситного превращения при нагреве Af. Величина стабилизации мартенсита напряжений ΔТст = T1-Af определяется способом деформации – растяжение/сжатие, величиной и величиной механического гистерезиса Δσ. 2. Экспериментально показано, что в ферромагнитных монокристаллах CoNiAl, температурный интервал наблюдения сверхэластичности, обусловленный развитием под нагрузкой обратимых мартенситных превращений, определяется ориентацией оси деформации, способом деформации – растяжение/сжатие, уровнем прочностных свойств высокотемпературной В2-фазы и микроструктурой сплава. В монокристаллах, характеризующихся высоким уровнем критических напряжений образования мартенсита и высокими значениями ([001]-, [011]-, [123]-монокристаллах CoNiAl, при сжатии) сверхэластичность реализуется в узком температурном интервале ΔТСЭ=100 К÷200 К. В монокристаллах с низким уровнем критических напряжений образования мартенсита и малыми значениями α ([001]-монокристаллах CoNiAl, при растяжении) сверхэластичность развивается вплоть до 580 К в широком температурном интервале ΔТСЭ=290 К. Старение при 673 К, 0.5 ч в свободном состоянии и под нагрузкой монокристаллов Co35Ni35Al30, приводит к упрочнению высокотемпературной В2-фазы, ослаблению ориентационной зависимости функциональных свойств и расширению температурного интервала сверхэластичности в монокристаллах CoNiAl при деформации сжатием. 3. Предложен критерий для получения высокотемпературной сверхэластичности, который состоит в достижении высокопрочного состояния высокотемпературной фазы одновременно с минимизацией напряжений, необходимых для начала мартенситных превращений под нагрузкой за счет высоких значений деформации превращения ε0 и малых значений α=dσ/dT. 4. Монокристаллы Co35Ni35Al30, ориентированные вдоль [001] и [011] направлениях, во всех структурных состояниях при деформации сжатием демонстрируют высокую устойчивость кривых сверхэластичности в циклах «нагрузка-разгрузка» при Тt = 293 К. Наилучшую циклическую стабильность – отсутствие изменений критических напряжений мартенситных превращений под нагрузкой, величины сверхэластичности, механического гистерезиса с ростом числа изотермических циклов «нагрузка/разгрузка» от 1 до 100, демонстрируют состаренные в свободном состоянии при 673 К, 0.5 ч. монокристаллы Co35Ni35Al30, ориентированные вдоль [001]-направления. 5. Впервые показано, что старение при 673 К, 0.5 часа под сжимающей нагрузкой 100 МПа [011]-монокристаллов Co35Ni35Al30 в отличие от старения в свободном состоянии приводит к увеличению температур B2-L10 мартенситных превращений на ΔMs ~ 40 К и создает условия для наблюдения двойного эффекта памяти формы с величиной обратимой деформации при охлаждении/нагреве εСЭ = 2.1±0.3 (%). Это связано с наличием дальнодействующих полей, возникающих за счет ориентированного расположения частиц.
Инвентарный номер отчета (ИК): 02201262319 Дата регистрации ИК: 2012-10-30
Промежуточный реферат №5
Объект исследования: монокристаллы В2-интерметаллидов сплавов Co-Ni-Ga, Co-Ni-Al испытывающие термоупругие мартенситные превращения и связанные с ними эффекты: эффект памяти формы и сверхэластичность. Цель работы – исследование сверхэластичности при циклической деформации нанокомпозитов Co-Ni-Ga, Co-Ni-Al, выяснение условий циклической стабильности в температурном интервале развития сверхэластичности и при высоких температурах испытания Т ≥ 373 K. В процессе работы были использованы методы: оптическая металлография, просвечивающая электронная микроскопия, рентгеноструктурный анализ по определению ориентации, механические испытания на сжатие и растяжение. При выполнении работ получены следующие результаты: 1. [001]-монокристаллы сплава Co49Ni21Ga30 (ат.%) в однофазном состоянии при деформации сжатием и растяжением проявляют высокую стабильность сверхэластичности при циклических испытаниях в циклах «нагрузка-разгрузка» до количества циклов n = 1000 при температурах испытания Т = 373 К. 2. Выделение дисперсных частиц γ´-фазы одного и четырех вариантов в [123]-, [011]-монокристаллах сплавов Co49Ni21Ga30 и Co35Ni35Al30 (ат.%) приводит к упрочнению высокотемпературной В2-фазы, развитию сверхэластичности в широком температурном интервале, повышению циклической стабильности сверхэластичности при Т > 373 К. 3. На монокристаллах сплава Co35Ni35Al30 (ат. %) в закаленном состоянии установлена ориентационная зависимость стабильности функциональных свойств в температурном интервале проявления сверхэластичности Т = 295 К ÷ 473 K при деформации сжатием. Максимальной стабильностью в интервале Т = 295 К ÷ 473 К до n=100 циклов характеризуются монокристаллы [001]. 4. Электронномикроскопически установлено, что нестабильность при циклических испытаниях связана с накоплением дислокаций и остаточного мартенсита с увеличением числа циклов «нагрузка-разгрузка». 5. На основе экспериментальных данных определены микроструктурные механизмы, не приводящие к деградации высокотемпературной сверхэластичности в нанокомпозитах монокристаллов
Инвентарный номер отчета (ИК): 02201360078 Дата регистрации ИК: 2013-07-19
Заключительный реферат
В отчете представлены результаты исследований, выполненных по 6 этапу ГК №16.740.11.0462 «Создание и исследование монокристаллов новых ферромагнитных интерметаллидов CoNiGa, CoNiAl с высокотемпературной сверхэластичностью и памятью формы». Объектом исследования являются ферромагнитные гетерофазные монокристаллы на основе сплавов Co35Ni35Al30 и Co49Ni21Ga30 (ат.%) с эффектом памяти формы и сверхэластичности. Цель работы – создание модели развития мартенситных B2-L10 переходов в структурно-неоднородных монокристаллах CoNiAl, CoNiGa, обобщение результатов предыдущих этапов, разработка рекомендации и способов достижения высокотемпературной сверхэластичности, создание программы внедрения результатов проекта в образовательный процесс. При выполнении НИР получены следующие результаты. Разработаны термодинамические и микромеханические модели, описывающие зависимость температур мартенситных превращений, температурного интервала развития сверхэластичности от ориентации, размера и объемной доли частиц в монокристаллах сплавов Гейслера CoNiAl и CoNiGa. Подведены итоги исследований за все этапы и проведена оценка полноты решения задач и эффективности полученных результатов. Разработаны методики старения под нагрузкой в аустенитном и мартенситном состоянии. Разработаны рекомендации и способы достижения высокотемпературной сверхэластичности для монокристаллов и поликристаллов с термоупругими мартенситными превращениями. Полученные результаты НИР – разработанные модели развития мартенситных превращений, внедрены в образовательный процесс на кафедре физики металлов ФФ ТГУ.
Инвентарный номер отчета (ИК): 02201363305 Дата регистрации ИК: 2013-11-22
Заказчик
Министерство образования и науки Российской Федерации,ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы» Мероприятие 1.2.1 «Проведение научных исследований научными группами под руководством докторов наук» Лот № 3, 2011-1.2.1-121-003, «Проведение научных исследований научными группами под руководством докторов наук в следующих областях: - физика конденсированных сред. Физическое материаловедение; - оптика. Лазерная физика и лазерные технологии; - радиофизика, акустика и электроника; - физика плазмы; - ядерная физика. Физика элементарных частиц и полей. Космология. Физика ускорителей и детекторов; - астрономия, астрофизика и исследования космического пространства». шифр темы 2011-1.2.1-121-003/028, № ГК 16.740.11.0462 от 13 мая 2011г.
ГРНТИ УДК Инвентарный номер Госшифр Госконтракт Договор
29.19.15 ( ФИЗИКА. Физика твердых тел. Фазовые равновесия и фазовые переходы. )
29.19.13 ( ФИЗИКА. Физика твердых тел. Механические свойства твердых тел. )
53.49.05 ( МЕТАЛЛУРГИЯ. Металловедение. Фазовые и структурные превращения в металлах и сплавах. )
53.49.09 ( МЕТАЛЛУРГИЯ. Металловедение. Прочность и пластичность металлов и сплавов. )
544.344; 538.951-405; 669.017.3; 573426 2011-1.2.1-121-003/028 16.740.11.0462
Ключевые слова
ФЕРРОМАГНИТНЫЕ ИНТЕРМЕТАЛЛИДЫ, ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНАЯ СВЕРХЭЛАСТИЧНОСТЬ, ТЕРМОУПРУГИЕ МАРТЕНСИТНЫЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ
Предполагаемый результат работы
Отчет
Организации соисполнители
Государственный учет результатов НИОКР в БД РНТД Минобрнауки РФ
Получить полный доступ
Основание к регистрации темы (электронный вариант)
Только для служебного пользования
   
2007 © ОНТИ НУ ТГУ
E-mail: onti@sun.lib.tsu.ru
Тел: 52-76-99