Ученые установили, как исходная структура сплава с памятью формы влияет на его свойства
Коллектив исследователей НИТУ МИСИС и Института металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН представил результаты впервые проведенных систематических исследований эволюции структуры и функциональных характеристик сплава с памятью формы на основе никелида титана с разной исходной структурой. На основании полученных закономерностей авторы предложили новый подход к прецизионному прогнозированию свойств сплава при учете роли структурной наследственности в процессе старения материала.
Сплавы с памятью формы обладают уникальным комплексом свойств и широко используются при разработке широкого спектра изделий: от медицинских имплантатов до космической техники. «Умный» материал способен восстанавливать свою исходно заданную форму при нагреве после предварительной деформации до 20 %. При разработке разного рода устройств специалисты должны обеспечить требуемый комплекс наиболее важных характеристик: температурный интервал восстановления формы, эффект памяти формы (односторонний и обратимый), реактивное напряжение.
«Приступая к решению фундаментальной или прикладной задачи, мы должны в первую очередь представлять себе, какое структурное состояние следует выбирать в качестве исходного, как будет эволюционировать микроструктура, особенности фазовых превращений и функциональные свойства материала в процессе его последующего старения», — объяснила один из авторов исследования, ведущий научный сотрудник кафедры обработки металлов давлением НИТУ МИСИС, доктор технических наук Елена Рыклина.
Результаты показали, что после старения горячедеформированный материал обладает наиболее высокими прочностными характеристиками и ресурсом обратимой деформации. Крупнозернистый материал, свойства которого в исходном состоянии показали наихудший результат, оказался наиболее эффективным с точки зрения повышения комплекса свойств при развитии старения. Мелкозернистый материал характеризуется наиболее низкой прочностью, ресурсом обратимой деформации и наибольшей пластичностью.
«Разные исходные структурные состояния никелида титана позволяют реализовать принципиально разный комплекс свойств при использовании одинаковых режимов старения, и это необходимо учитывать при создании конструкций с заданными характеристиками в соответствии с поставленной задачей. Знание этих закономерностей обеспечивает точность прогнозирования ожидаемого результата и значительного сокращения времени от постановки задачи до ее реализации. Это позволит экономить дорогостоящий материал, ресурсы и получить значительный экономический эффект при решении прикладных задач любой сложности», — отметила старший научный сотрудник лаборатории сплавов с памятью формы НИТУ МИСИС, кандидат технических наук Кристина Полякова.
Работа выполнена при финансовой поддержке Минобрнауки России в рамках государственного задания, а также при поддержке гранта Российского научного фонда.