Эволюция структуры и свойств сплавов с памятью формы на основе TiNi при изменении состава от низкоэнтропийного к высокоэнтропийному (промежуточный, 2 этап)

На втором этапе проекта были выполнены следующие работы: 1. Исследована структура вторичных фаз в 12 сплавах Ti-Hf-Zr-Ni-Cu-Co с концентрациями каждого из добавочных элементов (гафния, циркония, меди и кобальта) от 1 до 17 ат. % до и после термообработки. 2. Исследовано влияние гомогенизации при низких температурах и отжига на структуру и мартенситные превращения в сплавах Ti-Hf-Zr-Ni-Cu-Co 3. Исследована стабильность мартенситных превращений и структуры при термоциклировании 12 сплавов Ti-Hf-Zr-Ni-Cu-Co с концентрациями каждого из добавочных элементов (гафния, циркония, меди и кобальта) от 1 до 17 ат. % до и после термообработки. 4. Исследованы механические свойства 12 сплавов Ti-Hf-Zr-Ni-Cu-Co с концентрациями каждого из добавочных элементов (гафния, циркония, меди и кобальта) от 1 до 17 ат. % при температурах, при которых сплавы находятся в аустенитном и мартенситном состояниях. 5. Исследование влияния температуры деформирования на механизмы деформации шестикомпонентных сплавов Ti-Hf-Zr-Ni-Cu-Co 6. Исследована фрактография излома образцов сплавов Ti-Hf-Zr-Ni-Cu-Co разного состава. 7. Выплавлены новые шестикомпонентные сплавы, испытывающих мартенситные превращения, состав которых был определен на первом этапе проекта, и исследованы их структура, мартенситные превращения и стабильность температур переходов. 8. Исследование обратимой деформации в новых сплавах Ti-Hf-Zr-Ni-Cu-Co c избытком гафния. 9. Впервые выполнено кручение под давлением и последующий отжиг шестикомпонентных сплавов Ti-Hf-Zr-Ni-Cu-Co и исследована структура и мартенситные переходы в образцах после кручения под давлением и после последующей термообработки. 10. Исследовано окисления высокоэнтропийного сплава Ti16Hf17Zr17Ni16Cu17Co17 11. Выполнен расчет дисторсии кристаллической решетки сплавов Ti-Hf-Zr-Ni-Cu-Co на основе моделей жестких и мягких шаров Полученные результаты показали, что в сплавах Ti-Hf-Zr-Ni-Cu-Co впервые обнаружена фаза типа Hf2Ni, которая содержит все шесть компонент, однако концентрация гафния в ней была максимальной и составляла 50-55 ат%. В сплавах Ti-Hf-Zr-Ni-Cu-Co с избытком титановой группы и содержанием добавочных элементов (Hf, Zr, Cu, Co) не менее 10 ат% каждого, обнаружены наночастицы фазы типа Ti2Ni размером 30 – 60 нм, объемная доля которых мала и не превосходит 0,1 %. Термообработка не влияет на размеры частиц, при этом их доля возрастает, но не превосходит 1 %. Впервые исследована термоциклическая стабильность температур мартенситных переходов в низко и среднеэнтропийных шестикомпонентных сплавах Ti-Hf-Zr-Ni-Cu-Co. Показано, что замещение титана и никеля атомами гафния, циркония, меди и кобальта не только не улучшает термоциклическую стабильность сплавов, а напротив, ее ухудшает. Термообработка стабилизирует только температуры Ms и Af, при этом температуры Mf и As уменьшаются при термоциклировании сплавов значительно сильнее, чем в сплавах до термообработки. Установлено влияние температуры и длительности гомогенизации на структуру и механические свойства шестикомпонентных сплавов Ti-Hf-Zr-Ni-Cu-Co. На основании полученных данных определены параметры оптимальной термообработки - гомогенизация при 800 оС 1 час и отжиг при температуре 500 оС 2 часа. Впервые исследованы механические свойства шестикомпонентных сплавов с разной концентрацией титановой и никелевой групп и концентрациями добавочных элементов (всего 12 сплавов) при трех температурах 100, 22 и -100 оС, при которых сплавы находились в разных структурных состояниях. Установлено, что исследуемые сплавы демонстрируют механическое поведение, близкое к поведению бинарных сплавов на основе TiNi. Переход от низкоэнтропийного к среднеэнтропийному состоянию не оказывает существенного влияния на механизмы деформирования, но существенно уменьшается деформация до разрушения. Переход от среднеэнтропийного состояния к высокоэнтропийному, приводит к полному подавлению пластичности при температуре 100 оС. Понижение температуры деформирования до -100 оС приводит к тому, что в сплавах 49-10 и 50-10 наводится мартенсит под нагрузкой, который частично переходит в аустенит при разгрузке, что сопровождается неполным восстановлением деформации. Увеличение концентрации добавочных элементов до 17 ат%, понижает температуры переходов, что позволяет наблюдать совершенный эффект псевдоупругости величиной 2-3 % при деформировании при -100 оС. Впервые исследовано влияние температуры деформирования на механические свойства шестикомпонентных сплавов Ti-Hf-Zr-Ni-Cu-Co. Обнаружено широкое температурное окно проявления эффекта псевдоупругости (более 100 оС). Определен коэффициент d(sigma)/dT в соотношении Клаузиуса-Клапейрона, который составил 3 - 4 МПа/оС, что в 2-3 раза меньше, чем в бинарном сплаве TiNi. Впервые исследованы механические свойства шестикомпонентных сплавов Ti-Hf-Zr-Ni-Cu-Co, подвергнутых термообработке (гомогенизация при 800 оС 1 час и отжиг при 500 оС 2 часа). Показано, что для всех сплавов, вне зависимости от температуры деформирования, термообработка уменьшает деформацию до разрушения и предел прочности. Это связано с тем, что даже при оптимальной термообработке увеличивается доля хрупких интерметаллидных частиц. Только в сплаве 50-17 после термообработки существенно увеличилась деформация до разрушения при температуре -100 оС, что позволило наблюдать эффект псевдоупругости. Изучены механизмы разрушения шестикомпонентных сплавов и показано, что низкоэнтропийные сплавы разрушаются вязко, тогда как среднеэнтропийные и высокоэнтропийные сплавы разрушаются хрупко путем транскристаллитного скола. Получены новые шестикомпонентные сплавы с избытком гафния. Показано, что увеличение концентрации гафния с 17 до 32 ат% в шестикомпонентных сплавах Ti-Hf-Zr-Ni-Cu-Co повышает температуры переходов на 350 оС. Увеличение концентрации гафния с 23 до 38 ат% уменьшает обратимую деформацию и деформацию до разрушения. Предполагается, что это связано с увеличением размеров и доли частиц фазы типа Hf2Ni. Обнаружен новый, ультравысокотемпературный сплав Ti-Hf-Zr-Ni-Cu-Co с 39 ат% гафния и 30 ат% никеля, который претерпевает мартенситные превращения при температурах Ms = 419 oC, Mf = 397 oC, Mf’ = 350 oC, As = 499 oC, Af = 560 oC. Установлено, что данный сплав демонстрирует обратимое изменение деформации при охлаждении и нагревании. Показано, что за счет подбора режима изменения температуры и нагрузки можно получить 3,5% обратимой деформации в режиме кручения. Впервые шестикомпонентные сплавы с разной концентрацией элементов были подвергнуты интенсивной пластической деформации кручением под давлением. Исследовано влияние режимов этого процесса (давления, температуры, числа оборотов) на структуру сплавов Ti-Hf-Zr-Ni-Cu-Co. Показано, что после кручения под давлением цельными остаются только низкоэнтропийные образцы с минимальным содержанием добавочных элементов (Х=1 ат%). После кручения под давлением образцы нагревали до 550 оС, чтобы проследить как термомеханическая обработка повлияли на мартенситные превращения. Полученные результаты показали, что если сплавы до термомеханической обработки не испытывали мартенситных переходов, то и после нее переходы в исследуемом интервале температур не наблюдаются. В сплавах, в которых переходы наблюдали до термомеханической обработки, испытывают мартенситные превращения и после нее. Исследовано окисление высокоэнтропийного сплава Ti16Hf17Zr17Ni16Cu17Co17, при температуре 1000 оС с длительностью выдержки от 1 до 276 минут. Показано, что в шестикомпонентном сплаве окисленная поверхность состоит из четырех слоев. Изучена структуру и состав этих слоев. Рассмотрена применимость двух наиболее распространенных подходов для расчета дисторсии решетки высокоэнтропийных сплавов. Показано, что обе модели не применимы для расчета дисторсии кристаллической решетки. Предложена модификация этих подходов, и проведен расчет, который показал, что с учетом поправок, можно удовлетворительно рассчитать дисторсию низко и среднеэнтропийных сплавов.