Frontier Materials & Technologies. 2015; : 11-17
ОБРАЗОВАНИЕ МАРТЕНСИТА 14М В МИКРОКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ СПЛАВАХ НА ОСНОВЕ Ni-Al
https://doi.org/10.18323/2073-5073-2015-4-11-17Аннотация
Сплавы Ni-Al рассматриваются в качестве материалов с высокотемпературным эффектом памяти формы. Однако в крупнокристаллическом состоянии сплавы Ni-Al имеют низкую пластичность. Повысить пластичность сплавов можно путем измельчения зерна. Например, сверхбыстрой кристаллизацией на вращающийся барабан. Измельчение зерна приведет к диспергированию структуры.
В настоящей работе сделана попытка обнаружить мартенсит 14М в сплавах: Ni62,5Al37,5, Ni64Al36, Ni65Al35 и Ni56Al34Co10 (ат. %), полученных методом спиннингования расплава на вращающийся стальной барабан.
В результате скоростной кристаллизации были получены ленточные образцы толщиной 30 мкм и размером зерна 0,5–4 мкм. С помощью резистометрии определены температуры прямого и обратного мартенситных превращений во всех исследуемых сплавах. В сплавах Ni65Al35 и Ni56Al34Co10 температуры мартенситного превращения удалось определить только с помощью быстрого нагрева со скоростью 75 ºС/мин. Поскольку при медленном нагреве со скоростью 1–5 ºС/мин происходит старение мартенсита с образованием фазы типа А5В3(Ni5Al3), что приводит к потере обратимости мартенситного превращения. Исследована структура сплавов с помощью трансмиссионной электронной микроскопии. Сплав Ni62,5Al37,5 при Ткомн находится в метастабильном аустенитном состоянии с решеткой В2. Сплавы Ni64Al36, Ni65Al35 и Ni56Al34Co10 претерпевают мартенситное превращение при Ткомн. В сплаве Ni64Al36 виден тонкопластинчатый мартенсит и остаточный аустенит. Структура в сплавах Ni65Al35 и Ni56Al34Co10 состоит из пластинчатого мартенсита, лишенного внутреннего микродвойникования. По данным микродифракции, в трех сплавах мартенсит идентифицируется как мартенсит с решеткой L10. При помощи рентгенографического анализа в сплавах Ni64Al36 и Ni65Al35 обнаружено наличие небольшого количества 14М мартенсита наряду с основной мартенситной фазой L10 и остаточным аустенитом.
Список литературы
1. Литвинов В.С., Зеленин Л.П., Шкляр Р.Ш. Бездиффузионное превращение в Ni-Al сплавах с решеткой хлористого цезия // Физика металлов и материаловедение. 1971. Т. 31. № 1. С. 138–142.
2. Enami K., Nenno S. Memory effect in Ni-36.8 at. Pct Al martensite // Metallurgical Transactions. 1971. Vol. 2. № 5. P. 1487–1490.
3. Шкляр Р.Ш., Литвинов В.С., Панцырева Е.Г. Высокотемпературное рентгеноструктурное исследование фазовых превращений в сплаве Ni-Al // Физика металлов и материаловедение. 1971. Т. 32. № 1. С. 181–194.
4. Au Y.K., Wayman C.M. Thermoelastic behavior of the martensitic transformation in β′ NiAl alloys // Scripta Metallurgica. 1972. Vol. 6. № 12. P. 1209–1214.
5. Архангельская А.А., Богачев И.Н., Литвинов В.С., Панцырева Е.Г. Фазовые превращения в сплавах никель-алюминий с решеткой хлористого цезия // Физика металлов и материаловедение. 1972. Т. 34. № 3. С. 541–546.
6. Chakravorty S., Wayman C.M. The thermoelastic martensitic transformation in ’ Ni–Al alloys: II. Electron microscopy // Metallurgical Transactions A. 1976. Vol. 7. № 4. P. 569–582.
7. Enami K., Nagasawa A., Nenno S. On the premartensitic transformation in the Ni-Al 1 alloy: Reply to the comment by A. Lasalmonie // Scripta Metallurgica. 1978. Vol. 12. № 3. P. 223–226.
8. Литвинов В.С., Архангельская А.А. Мартенситное превращение в β-сплавах Ni-Co-Al // Физика металлов и материаловедение. 1977. Т. 44. № 4. С. 826–833.
9. Martynov V.V., Enami K., Khandros L.G., Tkachenko A.V., Nenno S. Stress-induced martensitic transformation and a new 7-layer martensite phase in the 63.1Ni-Al alloy // Journal De Physique. 1982. Vol. 43. № 12. P. c4.659–c4.660.
10. Khadkikar P.S., Locci I.E., Vedula K., Michal G.M. Transformation to Ni5Al3 in a 63.0 At. Pct Ni-Al alloy // Metallurgical Transactions A. 1993. Vol. 24. № 1. P. 83–94.
11. Гузанов Б.Н., Косицын С.В., Пугачева Н.Б. Упрочняющие защитные покрытия в машиностроении. Екатеринбург: УрО РАН, 2003. 241 с.
12. Корнилов И.И. Металлиды – новая основа жаропрочных материалов // Металловедение и термическая обработка металлов. 1967. № 11. С. 3–12.
13. Вестбрук Д.М. Исследования и перспективные применения интерметаллических соединений // Металловедение и термическая обработка металлов. 1971. № 4. С. 74–80.
14. Литвинов В.С., Архангельская А.А. Упорядочение никель-алюминиевого мартенсита // Физика металлов и материаловедение. 1977. Т. 43. № 5. С. 1044–1051.
15. Enami K., Nenno S. New Ordered Phase in Tempered 63.8Ni-1Co-Al Martensite // Transactions of the Japan Institute of Metals. 1978. Vol. 19. № 10. P. 571–580.
16. Kennon N.F., Dunne D.P., Zhu J.H. Effect of precipitation on martensitic transformation and shape memory behaviour in rapidly solidified Ni66Al34 // Journal de physique IV. 1995. № 5. P. c8-1041–c8-1046.
17. Potapov P.L., Song S.Y., Udovenko V.A., Prokoshkin S.D. X-ray Study of Phase Transformation in Martensitic Ni-Al Alloy // Metallurgical and Materials Transactions A: Physical Metallurgy and Materials Science. 1997. Vol. 28. № 5. P. 1133–1142.
18. Столофф Н.С., Дэвис Р.Г. Механические свойства упорядочивающихся сплавов. М.: Металлургия, 1969. 113 с.
19. Механические свойства металлических соединений. М.: Металлургиздат, 1962. 300 с.
20. Косицын С.В., Валиуллин А.И., Катаева Н.В., Косицына И.И. Исследование микрокристаллических сплавов на основе моноалюминида никеля с высокотемпературным термоупругим мартенситным превращением. 1. Резистометрия сплавов Ni-Al и Ni-Al-X (X= Co, Si, Cr) // Физика металлов и металловедение. 2006. Т. 102. № 4. С. 418–432.
21. Поварова Л.Б., Филин С.А., Масленков С.Б. Фазовые равновесия с участием β-фазы в системах Ni-Al-Me (Me-Co, Fe, Mn, Cu) при 900 и 1100ºС // Металлы. 1993. № 1. С. 191–205.
22. Косицын С.В., Валиуллин А.И., Катаева Н.В., Косицына И.И. Исследование микрокристаллических сплавов на основе моноалюминида никеля с высокотемпературным термоупругим мартенситным превращением. 2. Построение изотермических диаграмм распада пересыщенного твердого раствора сплавов Ni65Al35 и Ni56Al34Co10 // Физика металлов и металловедение. 2006. Т. 102. № 4. С. 433–447.
23. Катаева Н.В., Валиуллин А.И., Косицын С.В. Влияние распада пересыщенного β- твердого раствора в быстрозакристаллизованных из расплава Ni65Al35 и Ni56Al34Co10 на обратимость мартенситного превращения // Физика металлов и металловедение. 2009. Т. 107. № 3. С. 278–286.
24. Noda Y., Shapiro S.M., Shirane G., Yamada Y., Tanner L.E. Martensitic transformation of a Ni-Al alloy. I. Experimental results and approximate structure of the seven-layered phase // Physical Review B. 1990. Vol. 42. № 16. P. 10397–10404.
25. Murakami Y., Otsuka K., Hanada S., Watanabe S. Self-accommodation and morphology of 14M (7R) martensites in an Ni-370at. %Al alloy // Materials Science and Engineering A. 1994. Vol. 198. № 1-2. P. 191–199.
26. Potapov P.L., Ochin P., Pons J., Schryvers D. Nanoscale inhomogeneities in melt-spun Ni-Al // Acta materialia. 2000. Vol. 48. № 15. P. 3833–3845.
Frontier Materials & Technologies. 2015; : 11-17
14M MARTENSITE FORMATION IN MICROCRYSTALLINE NI-AL ALLOYS
https://doi.org/10.18323/2073-5073-2015-4-11-17Abstract
Ni-Al alloys are considered the materials with high-temperature shape memory effect. However, being in coarse-crystalline state, Ni-Al alloys have low ductility. By performing grain refinement, it is possible to improve the alloys ductility. For example, it is possible to use the ultrarapid crystallization on revolving drum. The grain refinement will cause the structure dispersion.
In this paper, the authors made an attempt to detect a 14M martensite in Ni-Al alloys - Ni62,5Al37,5, Ni64Al36, Ni65Al35 and Ni56Al34Co10 (at. %) - produced by melt spinning on the revolving steel drum.
Tape samples having thickness of 30 µm and the grain-size of 0,5–4 µm were produced in the result of rapid crystallization. Using the resistometric measurement, the authors determined the temperatures of the direct and the reverse martensitic transformations in all alloys under examination. The authors could determine the martensitic transformation temperatures in Ni65Al35 and Ni56Al34Co10 alloys only with the help of rapid heat at the rate of 75 ºС/min, as during the slow heat at the rate of 1–5 ºС/min the maraging with the А5В3(Ni5Al3) type phase takes place, which causes the loss of martensitic transformation reversibility. The alloys’ structure is studied with the help of transmission electron microscopy. At room temperature, Ni62,5Al37,5 alloy stays in metastable austenitic condition with B2 lattice and Ni64Al36, Ni65Al35 and Ni56Al34Co10 alloys go through martensitic transformation. The structure in Ni65Al35 and Ni56Al34Co10 alloys consists of plate martensite depleted of inner fine-scale twinning, whilst the Ni64Al36 alloy structure consists of thin-plate martensite and retained austenite. According to the microdiffraction data, martensite in three alloys is recognized as martensite with L10 lattice. Using the radiographic analysis, the authors determined in Ni64Al36 and Ni65Al35 alloys a small amount of 14M martensite as well as the major martensitic L10 phase and the retained austenite.
References
1. Litvinov V.S., Zelenin L.P., Shklyar R.Sh. Bezdiffuzionnoe prevrashchenie v Ni-Al splavakh s reshetkoi khloristogo tseziya // Fizika metallov i materialovedenie. 1971. T. 31. № 1. S. 138–142.
2. Enami K., Nenno S. Memory effect in Ni-36.8 at. Pct Al martensite // Metallurgical Transactions. 1971. Vol. 2. № 5. P. 1487–1490.
3. Shklyar R.Sh., Litvinov V.S., Pantsyreva E.G. Vysokotemperaturnoe rentgenostrukturnoe issledovanie fazovykh prevrashchenii v splave Ni-Al // Fizika metallov i materialovedenie. 1971. T. 32. № 1. S. 181–194.
4. Au Y.K., Wayman C.M. Thermoelastic behavior of the martensitic transformation in β′ NiAl alloys // Scripta Metallurgica. 1972. Vol. 6. № 12. P. 1209–1214.
5. Arkhangel'skaya A.A., Bogachev I.N., Litvinov V.S., Pantsyreva E.G. Fazovye prevrashcheniya v splavakh nikel'-alyuminii s reshetkoi khloristogo tseziya // Fizika metallov i materialovedenie. 1972. T. 34. № 3. S. 541–546.
6. Chakravorty S., Wayman C.M. The thermoelastic martensitic transformation in ’ Ni–Al alloys: II. Electron microscopy // Metallurgical Transactions A. 1976. Vol. 7. № 4. P. 569–582.
7. Enami K., Nagasawa A., Nenno S. On the premartensitic transformation in the Ni-Al 1 alloy: Reply to the comment by A. Lasalmonie // Scripta Metallurgica. 1978. Vol. 12. № 3. P. 223–226.
8. Litvinov V.S., Arkhangel'skaya A.A. Martensitnoe prevrashchenie v β-splavakh Ni-Co-Al // Fizika metallov i materialovedenie. 1977. T. 44. № 4. S. 826–833.
9. Martynov V.V., Enami K., Khandros L.G., Tkachenko A.V., Nenno S. Stress-induced martensitic transformation and a new 7-layer martensite phase in the 63.1Ni-Al alloy // Journal De Physique. 1982. Vol. 43. № 12. P. c4.659–c4.660.
10. Khadkikar P.S., Locci I.E., Vedula K., Michal G.M. Transformation to Ni5Al3 in a 63.0 At. Pct Ni-Al alloy // Metallurgical Transactions A. 1993. Vol. 24. № 1. P. 83–94.
11. Guzanov B.N., Kositsyn S.V., Pugacheva N.B. Uprochnyayushchie zashchitnye pokrytiya v mashinostroenii. Ekaterinburg: UrO RAN, 2003. 241 s.
12. Kornilov I.I. Metallidy – novaya osnova zharoprochnykh materialov // Metallovedenie i termicheskaya obrabotka metallov. 1967. № 11. S. 3–12.
13. Vestbruk D.M. Issledovaniya i perspektivnye primeneniya intermetallicheskikh soedinenii // Metallovedenie i termicheskaya obrabotka metallov. 1971. № 4. S. 74–80.
14. Litvinov V.S., Arkhangel'skaya A.A. Uporyadochenie nikel'-alyuminievogo martensita // Fizika metallov i materialovedenie. 1977. T. 43. № 5. S. 1044–1051.
15. Enami K., Nenno S. New Ordered Phase in Tempered 63.8Ni-1Co-Al Martensite // Transactions of the Japan Institute of Metals. 1978. Vol. 19. № 10. P. 571–580.
16. Kennon N.F., Dunne D.P., Zhu J.H. Effect of precipitation on martensitic transformation and shape memory behaviour in rapidly solidified Ni66Al34 // Journal de physique IV. 1995. № 5. P. c8-1041–c8-1046.
17. Potapov P.L., Song S.Y., Udovenko V.A., Prokoshkin S.D. X-ray Study of Phase Transformation in Martensitic Ni-Al Alloy // Metallurgical and Materials Transactions A: Physical Metallurgy and Materials Science. 1997. Vol. 28. № 5. P. 1133–1142.
18. Stoloff N.S., Devis R.G. Mekhanicheskie svoistva uporyadochivayushchikhsya splavov. M.: Metallurgiya, 1969. 113 s.
19. Mekhanicheskie svoistva metallicheskikh soedinenii. M.: Metallurgizdat, 1962. 300 s.
20. Kositsyn S.V., Valiullin A.I., Kataeva N.V., Kositsyna I.I. Issledovanie mikrokristallicheskikh splavov na osnove monoalyuminida nikelya s vysokotemperaturnym termouprugim martensitnym prevrashcheniem. 1. Rezistometriya splavov Ni-Al i Ni-Al-X (X= Co, Si, Cr) // Fizika metallov i metallovedenie. 2006. T. 102. № 4. S. 418–432.
21. Povarova L.B., Filin S.A., Maslenkov S.B. Fazovye ravnovesiya s uchastiem β-fazy v sistemakh Ni-Al-Me (Me-Co, Fe, Mn, Cu) pri 900 i 1100ºS // Metally. 1993. № 1. S. 191–205.
22. Kositsyn S.V., Valiullin A.I., Kataeva N.V., Kositsyna I.I. Issledovanie mikrokristallicheskikh splavov na osnove monoalyuminida nikelya s vysokotemperaturnym termouprugim martensitnym prevrashcheniem. 2. Postroenie izotermicheskikh diagramm raspada peresyshchennogo tverdogo rastvora splavov Ni65Al35 i Ni56Al34Co10 // Fizika metallov i metallovedenie. 2006. T. 102. № 4. S. 433–447.
23. Kataeva N.V., Valiullin A.I., Kositsyn S.V. Vliyanie raspada peresyshchennogo β- tverdogo rastvora v bystrozakristallizovannykh iz rasplava Ni65Al35 i Ni56Al34Co10 na obratimost' martensitnogo prevrashcheniya // Fizika metallov i metallovedenie. 2009. T. 107. № 3. S. 278–286.
24. Noda Y., Shapiro S.M., Shirane G., Yamada Y., Tanner L.E. Martensitic transformation of a Ni-Al alloy. I. Experimental results and approximate structure of the seven-layered phase // Physical Review B. 1990. Vol. 42. № 16. P. 10397–10404.
25. Murakami Y., Otsuka K., Hanada S., Watanabe S. Self-accommodation and morphology of 14M (7R) martensites in an Ni-370at. %Al alloy // Materials Science and Engineering A. 1994. Vol. 198. № 1-2. P. 191–199.
26. Potapov P.L., Ochin P., Pons J., Schryvers D. Nanoscale inhomogeneities in melt-spun Ni-Al // Acta materialia. 2000. Vol. 48. № 15. P. 3833–3845.
