Создание перспективного биосовместимого сверхупругого сплава Ti-Zr с эффектом памяти формы

Исследование зависимостей мартенситных превращений в сверхупругом сплаве Ti-Zr с помощью рентгеновского метода обобщенных полюсных фигур, показало, что:
- при сжатии деформационное упрочнение, обусловленное β → α'' превращением, существенно выше в зернах с плоскостью прокатки {100}, чем в зернах с плоскостью прокатки {111};
- микродеформации решетки в зернах β и α''–фазы под нагрузкой перераспределяются таким образом, чтобы в большей степени способствовать макродеформации образца;
- наиболее интенсивное β → α'' превращение происходит в зернах, где Δd /dav> 0, наиболее склонных к увеличению объема решетки.

Целью данной работы является выявление ориентационных закономерностей протекания в сверхупругом сплаве Ti-Nb мартенситных превращений, определяющих величину сверхупругости и эффекта памяти формы.
Создание технологии получения максимальных свойств материала.

Одно из основных качеств, применимых к современным материалам – это его способность работать в различных условиях. От большинства металлов и сплавов, эксплуатируемых сегодня, требуется не только высокая прочность и большая упругость, но и способность изменять свои механические свойства. Из-за таких потребностей и была получена «новая линейка» титановых сплавов, обладающих эффектом памяти формы и сверхупругости.

Сплавы Ti-Zr могут применяться в оборонном комплексе, атомной энергетике, машиностроении, медицине, космосе и т.д. Изделия из данных сплавов обладают высокой коррозионной стойкостью, большой прочностью, демпфирующей способностью и малым удельным весом и возможностью менять свои механические свойства.

Основные используемые методики:

- ренгеновский фазовуй анализ;

- ренгеновский текстурный и структурный анализ;

- метод построения обобщенных полюсных фигур;

- электронная микроскопия;

- изучение упругой деформации путем циклических нагрузок на разрывной машине;

- изучение рекристаллизации;

- наноиндентирование с записью кривой нагрузки и разгрузки.

Разработана технология получения сверупругого сплава Ti-Zr

Подобрана технология термо-механической обработки сплава, для получения максимальных свойств

Деформация при комнатной температуре сплава Ti-Zr в случаях растяжения и изгиба развивается по-разному, в первом случае обнаруживая обратимость межплоскостных расстояний и угловой полуширины рентгеновских линий до степени деформации, по крайней мере, 6%, а во втором случае  - обратимость только межплоскостного расстояния до степени деформации ~ 3% и при сжатии, и при растяжении.

Мартенситное превращение β→α” при растяжении активизируется при ε=1%, о чем свидетельствует увеличение наклона кривой (Δd/d)(ε), а при изгибе – при ε=0,6%, о чем свидетельствуют остановка увеличения Δd/d и возникновение в дифракционном спектре линий α”-фазы.

 

1 Shape memory materials. Ed. К. Otsuka, C.M. Wayman. Cambridge, Cambridge University Press, 1999. 284 p.
2 Thompson S. A. An overview of nickel–titanium alloys used in dentistry //International Endodontic Journal. – 2000. – Т. 33. – №. 4. – С. 297-310.
3 Mertmann M., Vergani G. Design and application of shape memory actuators //The European Physical Journal-Special Topics. – 2008. – Т. 158. – №. 1. – С. 221-230.

Using X-ray method of generalized pole figures for study orientation dependence of martensite transformation in superelastic Ti-Zr alloy it was shown that:
- under compression the strain hardening due β → α '' transformation is significantly greater in grains with rolling plane {100} than in grains with a rolling plane {111};
- the lattice microdeformation at β- and α '' - phase grains under loading is redistributed so that it extremely assist the sample macrodeformation (most of all);
- most intense β → α '' transformation occurs in grains, where Δd / dav> 0, most prone to increasing of its lattice volume