Мартенситные превращения в сплавах на основе меди, серебра и золота

Мартенситные превращения в сплавах на основе меди, серебра и золота

Варлимонт Х., Дилей Л.

Наука, 1980 г.

 

СВОЙСТВА МАРТЕНСИТНЫХ ФАЗ

Механические свойства и поведение при деформации мартенситных фаз сплавов на основе благородных металлов привлекли к себе внимание только совсем недавно, по свойства технических материалов, базирующихся на некоторых из описываемых в этой книге сплавах, весьма интенсивно были изучены раньше.

Описание механических свойств и: поведения при деформации сплавов, находящихся полностью в мартенситном состоянии, будет основано па нескольких публикациях, а также и на неопубликованных работах. В этой главе сначала будут рассмотрены некоторые особенности, сопровождающие мартенситное превращение само по себе, затем будут обсуждены специфические механические свойства. Результаты, полученные при деформации мартенситных образцов медно-алюминиевых сплавов, представлявших собой до деформации монокристаллы исходной β-фазы, пролили новый свет на поведение мартенсита при деформации, в частности на мартенситное превращение, вызванное внешним напряжением.

Поскольку некоторые сплавы, такие, как Си — Zr-латуни и Сu — А1-бронзы, представляют технический интерес, последний раздел этой главы посвящен свойствам этих материалов, так как в них используется мартенситное превращение.

1. Механические свойства сплавов, претерпевших мартенситное превращение, вызванное внешним напряжением

При нагружении β-фазы при температуре, превышающей мартенситную точку Msобразуется мартенсит, ориентировка которого обусловлена деформацией, стремящейся понизить внешнее напряжение. При уменьшении внешнего напряжения такой мартенсит может исчезнуть, как и деформация, которая сопровождала его образование. Такое мартенситное превращение связывают со «сверхупругим», псевдоупругим» или «резиноподобным» поведением материала при деформации. Мартенситная фаза растет, когда напряжение увеличивается, и исчезает, когда напряжение уменьшается. Термин «сверхупругость» был введен для описания аномально большой упругой деформации (~ 4%), которая наблюдалась при комнатной температуре во время нагружения (сопровождающегося мартенситным превращением) монокристаллов сплава Сu — 14,5 вес.% Al — 3 вес.% Ni[255]. «Резиноподобное» поведение характерно для мартенситного превращения, которое наблюдалось многочисленными исследованиями в Аu — Cd-сплавах [189—191]. Как показано в ранних исследованиях псевдоупругого поведения сплавов Сu — Zn[153] и Сu — А1 — Ni[256], критическое напряжение зависит от ориентировки кристалла. Ориентировка образующегося мартенсита будет такой, чтобы реализовалась максимальная деформация в направлении внешнего напряжения.

Если мартенситное превращение вызывается деформацией ниже Mstто это обычно связано с гистерезисом (см. разд. IV.2). Это явление может быть использовано для получения эффекта памяти формы: вместо уменьшения внешнего напряжения температура должна возрастать для обращения исевдоупругой деформации. Такое явление наблюдали, например, в AuCd1189—191], CuZn[229], CuaAl[268], Сu — ΑΙ — Ni [2G7] и AgCd[177].

Необходимо отметить, что псевдоупругость и эффект памяти формы пе ограничиваются мартенситными превращениями в рассматриваемых здесь сплавах. Эти явления до некоторой степени характерны для всех сплавов, соответственно проявляющих себя при мартенситном превращении. Они были, например, обнаружены в β-NiTi[258, 2591, в β-NiAl[269] и в γ-Fe— Сг — Ni(нержавеющая сталь типа 304) 1270].

В ряде случаев мартенситное превращение, обусловленное внешним напряжением, приводит к структурам, отличным от структуры мартенсита закалки этих же сплавов. Например, в β-CuZnсплаве при деформации при комнатной температуре образуется ГЦК α'-мартенсит [153, 229]. В то же время при охлаждении до низких температур без деформации ь этом сплаве образуется β£-мартенсит. Хорнбоген и др. [153, 229] смогли получить большое удлинение (свыше 00%), нагружая образцы β3-CuZn. Достигаемая в этом случае пластичность частично обусловлена удлинением, сопровождающим мартепситпое превращение под действием внешнего напряжения, а частично определяется тем, что таким образом возникшая ГЦК-фаза более пластична при комнатной температуре, чем ОЦК β-фаза. Авторы также показали, что иголки мартенсита наблюдались между непревращенными областями и полностью превращенными ГЦК-областями образцов. В свете результатов, получен пых при изучении медно-алюминиевых сплавов (см. разд. VI.2.3), можно предположить, что под действием внешнего напряжения β-фаза сначала превращается в β^-мартенсит, после чего этот мартенсит, в результате опять-таки мартенситного превращения, переходит в ГЦК-структуру. Ориентационная зависимость подобна зависимости, установленной для вызванного внешним напряжением мартенситного превращения мартенсита в медно-алюминиевых сплавах.

Мартенситное превращение, обусловленное впешним напряжением (β-фаза —► мартенсит), интенсивно изучал Попе [230] в тройных сплавах на основе Си — Zn. Крупнозернистый материал, полностью состоящий из β-фазы, был испытан при температуре, лежащей около Мауказанного сплава, и при 100 °С. Типичная кривая растяжения такого тройного сплава показана на рис. 50. При нагружении напряжение увеличивается линейно с ростом деформации. Когда напряжение превышает предел пропорциональности (переход через предел упругости), кривая становится более горизонтальной, при этом происходит образование мартенсита вплоть до деформации ~15%. При еще большей деформации напряжение опять начинает увеличиваться линейно вплоть до достижения точки предела текучести мартенсита. Этот предел текучести, по-видимому, является началом истинной деформации мартенсита, либо же он обусловлен мартенситпым превращением мартенсита, вызванным внешним напряжением (см. разд. VI.2.3).