Экспериментальное и теоретическое исследование взаимосвязи фазовой и структурной деформаций в сплавах с памятью формы
Автор: Тихомирова К.А.
Статья в выпуске: 1, 2018 года.
Бесплатный доступ
Структура ориентированного мартенсита, определяющая макроскопическую деформацию в сплавах с памятью формы (СПФ), может быть сформирована двумя способами: непосредственно из аустенитной фазы в результате прямого фазового превращения под нагрузкой, а также из хаотического мартенсита при его структурном превращении в процессе изотермического нагружения. Деформация, приобретенная первым способом, называется фазовой, вторым - структурной, однако различие в названиях отражает лишь разность механизмов их формирования, тогда как конечный продукт - ориентированный мартенсит - одинаков для обоих типов деформации. В связи с этим некоторые феноменологические модели для СПФ учитывают единообразие этих двух составляющих деформации, определяя их взаимосвязь через диаграммы прямого превращения F 1 (для фазовой деформации) и мартенситной неупругости F 2 (для структурной деформации). Лежащее в основе этих моделей теоретическое представление содержит гипотезу о независимости процесса дальнейшего деформирования ориентированного мартенсита от способа его формирования и включает три материальные функции: F 1, F 2, а также связывающую их функцию f. В настоящей работе проведено экспериментальное исследование на проволочных образцах из никелида титана, целью которого являлось подтверждение гипотезы и установление материальных функций, используемых данным теоретическим представлением. Предложен новый способ определения функции f, который может использоваться в качестве проверочного эксперимента. Определены пределы выполнимости гипотезы как для дальнейшего изотермического деформирования образцов с начальными фазовой и структурной деформациями, так и для процессов, связанных с их последующим нагревом. Экспериментально показано совпадение диаграмм доориентации для таких образцов, что служит иллюстрацией эффекта перекрестного упрочнения.
Сплавы с памятью формы, феноменологическая модель, фазовая и структурная деформации, диаграмма прямого превращения, диаграмма мартенситной неупругости, эффект перекрестного упрочнения, термомеханический эксперимент, никелид титана
Короткий адрес: https://sciup.org/146211714
IDR: 146211714 | DOI: 10.15593/perm.mech/2018.1.04
Список литературы Экспериментальное и теоретическое исследование взаимосвязи фазовой и структурной деформаций в сплавах с памятью формы
- Материалы с эффектом памяти формы: справ./С.П. Беляев, А.Е. Волков, В.А. Ермолаев, З.П. Каменцева, С.Л. Кузьмин, В.А. Лихачев, В.Ф. Мозгунов, А.И. Разов, Р.Ю. Хайров; под ред. В.А. Лихачева. -Т. 2. -СПб.: Изд-во СПбГУ, 1998. -374 с.
- Малыгин Г.А. Размытые мартенситные переходы и пластичность кристаллов с эффектом памяти формы//Успехи физических наук. -2001. -Т. 171, № 2. -С. 187-212 DOI: 10.3367/UFNr.0171.200102c.0187
- Мовчан А.А., Казарина С.А. Материалы с памятью формы как объект механики деформируемого твердого тела: экспериментальные исследования, определяющие соотношения, решение краевых задач//Физическая мезомеханика. -2012. -Т. 15, № 1. -С. 105-116.
- Rogovoy A.A., Stolbova O.S. Modeling the magnetic field control of phase transition in ferromagnetic shape memory alloys//International Journal of Plasticity. -2016. -Vol. 85. -P. 130-155 DOI: org/10.1016/J.IJPLAS.2016.07.006
- Мовчан А.А., Казарина С.А., Тант Зин Аунг. Аналог теории пластичности для описания деформирования сплавов с памятью формы при фазовых и структурных превращениях//Деформация и разрушение материалов. -2009. -№ 9. -С. 2-6.
- Казарина С.А., Мовчан А.А., Сильченко А.Л. Экспериментальное исследование взаимодействия фазовых и структурных деформаций в сплавах с памятью формы//Механика композиционных материалов и конструкций. -2016. -Т. 22, № 1. -С. 85-98.
- Мовчан А.А., Сильченко А.Л., Казарина С.А. Экспериментальное исследование и теоретическое моделирование эффекта перекрестного упрочнения сплавов с памятью формы//Деформация и разрушение материалов. -2017. -№ 3. -С. 20-27.
- Материалы с эффектом памяти формы: справ./С.П. Беляев, А.Е. Волков, В.А. Ермолаев, З.П. Каменцева, С.Л. Кузьмин, В.А. Лихачев, В.Ф. Мозгунов, А.И. Разов, Р.Ю. Хайров; под ред. В.А. Лихачева. -Т. 4. -СПб.: Изд-во НИИХ СПбГУ, 1998. -268 с.
- Lobo P.S., Almeida J., Guerreiro L. Shape memory alloys behaviour: a review//Procedia Engineering. -2015. -Vol. 114. -P. 776-783 DOI: 10.1016/j.proeng.2015.08.025
- Cisse C., Zaki W., Zineb T.B. A review of constitutive models and modeling techniques for shape memory alloys//International Journal of Plasticity. -2016. -Vol. 76. -P. 244-284 DOI: org/10.1016/J.IJPLAS.2015.08.006
- An improved, fully symmetric, finite-strain phenomenological constitutive model for shape memory alloys/J. Arghavani, F. Auricchio, R. Naghdabadi, A. Reali//Finite Elements in Analysis and Design. -2011. -Vol. 47. -P. 166-174 DOI: org/10.1016/j.finel.2010.09.001
- Constitutive model for the numerical analysis of phase transformation in polycrystalline shape memory alloys/D. Lagoudas, D. Hartl, Y. Chemisky, L. Machado, P. Popov//International Journal of Plasticity. -2012. -Vol. 32-33. -P. 155-183 DOI: org/10.1016/j.ijplas.2011.10.009
- Anisotropic behavior of superelastic NiTi shape memory alloys; an experimental investigation and constitutive modeling/R. Mehrabi, M.T. Andani, M. Elahinia, M. Kadkhodaei//Mechanics of Materials. -2014. -Vol. 77. -P. 110-124 DOI: 10.1016/j.mechmat.2014.07.006
- Müller C., Bruhns O.T. A thermodynamic finite-strain model for pseudoelastic shape memory alloys//International Journal of Plasticity. -2006. -Vol. 22. -No. 9. -P. 1658-1682 DOI: 10.1016/J.IJPLAS.2006.02.010
- Zaki W. An efficient implementation for a model of martensite reorientation in martensitic shape memory alloys under multiaxial nonproportional loading//International Journal of Plasticity. -2012. -Vol. 37. -P. 72-94 DOI: org/10.1016/j.ijplas.2012.04.002
- Мишустин И.В., Мовчан А.А. Аналог теории пластического течения для описания деформации мартенситной неупругости в сплавах с памятью формы//Изв. РАН. МТТ. -2015. -№ 2. -С. 78-95.
- Fabrizio M., Pecoraro M., Tibullo V. A shape memory alloy model by a second order phase transition//Mechanics Research Communications. -2016. -Vol. 74. -P. 20-26 DOI: org/10.1016/j.mechrescom.2016.03.005
- Yu C., Kang G., Kan Q. An equivalent local constitutive model for grain size dependent deformation of NiTi polycrystalline shape memory alloys//International Journal of Mechanical Sciences. -2018 DOI: 10.1016/j.ijmecsci.2018.02.001
- Theoretical and numerical modeling of shape memory alloys accounting for multiple phase transformations and martensite reorientation/F. Auricchio, E. Bonetti, G. Scalet, F. Ubertini//International Journal of Plasticity. -2014. -Vol. 59. -P. 30-54 DOI: ORG/10.1016/J.IJPLAS.2014.03.008
- Constitutive model for shape memory alloys including phase transformation, martensitic reorientation and twins accommodation/Y. Chemisky, A. Duval, E. Patoor, T. Ben Zineb//Mechanics of Materials. -2011. -Vol. 43. -No. 7. -P. 361-376 DOI: 10.1016/j.mechmat.2011.04.003
- Panico M., Brinson L.C. A three-dimensional phenomenological model for martensite reorientation in shape memory alloys//Journal of the Mechanics and Physics of Solids. -2007. -Vol. 55. -No. 11. -P. 2491-2511 DOI: 10.1016/j.jmps.2007.03.010
- Мишустин И.В., Мовчан А.А. Моделирование фазовых и структурных превращений в сплавах с памятью формы, происходящих под действием немонотонно меняющихся напряжений//Изв. РАН. МТТ. -2014. -№ 1. -С. 37-53.
- Мовчан А.А., Мовчан И.А. Модель нелинейного деформирования сплавов с памятью формы в активных процессах прямого превращения и структурного перехода//Механика композиционных материалов и конструкций. -2008. -Т. 14, № 1. -С. 75-87.
- Мовчан А.А., Мовчан И.А., Сильченко Л.Г. Микромеханическая модель нелинейного деформирования сплавов с памятью формы при фазовых и структурных превращениях//Изв. РАН. МТТ. -2010. -№ 3. -С. 118-130 DOI: 10.3103/S0025654410030118
- Тихомирова К.А. Разработка и численная реализация одномерной феноменологической модели фазовой деформации в сплавах с памятью формы//Вычисл. мех. сплош. сред. -2016. -Т. 9, № 2. -С. 192-206. DOI.org/10.7242/1999-6691/2016.9.2.17
- Тихомирова К.А. Изотермическое деформирование сплава с памятью формы в разных температурных интервалах. Случай одноосного растяжения//Механика композиционных материалов и конструкций. -2017. -Т. 23, № 2. -С. 263-282.
- Малеткина Т.Ю. Влияние деформации на мартенситные превращения и эффект памяти формы в сплавах на основе никелида титана: дис. … канд. физ.-мат. наук: 01.02.04. -Томск, 1999. -176 с.
- Wu X.D., Sun G.J., Wu J.S. The nonlinear relationship between transformation strain and applied stress for nitinol//Materials Letters. -2003. -Vol. 57. -P. 1334-1338 DOI: org/10.1016/S0167-577x(02)00983-7
- Определяющие соотношения для сплавов с памятью формы -микромеханика, феноменология, термодинамика/А.А. Мовчан, Л.Г. Сильченко, С.А. Казарина, Тант Зин Аунг//Учен. зап. Казан. ун-та. Сер. Физико-математические науки. -2010. -Т. 152, № 4. -С. 180-193.
- Melton K.N. Ni-Ti based shape memory alloys//Engineering aspects of shape memory alloys. Ed. T.W. Duering. -London, UK: Butterworth-Heinemann Ltd, 1990. -P. 21-25.
- Some aspects of the properties of NiTi shape memory alloy/Y. Liu, J. Van Humbeeck, R. Stalmans, L. Delaey//J. Alloys Compn. -1997. -Vol. 247. -No. 1-2. -P. 115-121 DOI: org/10.1016/s0925-8388(96)02572-8
- Волков А.Е. Микроструктурное моделирование деформации сплавов при повторяющихся мартенситных превращениях//Изв. Акад. наук. Сер. Физическая. -2002. -Т. 66, № 9. -С. 1290-1297.
- Мовчан А.А., Климов К.Ю. Моделирование реономных свойств сплавов с памятью формы//Механика композиционных материалов и конструкций. -2011. -Т. 17, № 2. -С. 255-267.
- Андронов И.Н., Богданов Н.П., Северова Н.А., Тарсин А.В. Метод количественного описания зависимости модуля Юнга никелида титана от температуры//Изв. Коми научного центра УрО РАН. -2013. -№3. -C. 87-90.
- Дилатометрические аномалии и эффект памяти формы в сплаве титан-никель, подвергнутом низкотемпературной термомеханической обработке/С.Д. Прокошкин, Л.М. Капуткина, Т.В. Морозова, И.Ю. Хмелевская//Физика металлов и металловедение. -1995. -Т. 80, № 3. -С. 70-77.
- Мовчан А.А., Чжо Т.Я. Решение начально-краевых задач о прямом и обратном превращении в рамках нелинейной теории деформирования сплавов с памятью формы//Механика композиционных материалов и конструкций. -2007. -Т. 13, № 4. -С. 452-468.
- Лихачев В.А., Кузьмин С.Л., Каменцева З.П. Эффект памяти формы. -Л.: Изд-во ЛГУ, 1987. -216 с.
