Microstructure and properties of metastable (Α+Β) shape memory alloy Cu–41 wt%Zn subjected to cryothermal and mechanocycling

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Structural and phase transformations and properties of (a+b) Cu–41 wt%Zn shape memory alloy were studied depending on cryothermal and mechanocycling modes. The temperatures of the start and finish of the direct and reverse martensitic transformations are determined by the temperature dependences of electrical resistance. The mechanical properties were measured in mechanocyclic tensile tests in austenitic and martensitic states. Methods of optical, scanning and transmission electron microscopy and X-ray phase analysis were used in structural studies. An increase in the critical temperatures of the start of direct and reverse thermoelastic martensitic transformations (by no more than 25°) with an increase in the number of thermal cycles “cooling–heating” was revealed. An increase in tweed contrast on electron microscopic images and diffuse effects on electron diffraction patterns on B2-austenite is shown with an increase in the number of cryothermocycles. An increase in dislocation density due to phase locking during thermal cycling was found. The low-temperature effect of ferroelasticity in the alloy has been established.

About the authors

N. N. Kuranova

Mikheev Institute of Metal Physics, Ural Branch, Russian Academy of Sciences

Email: kuranova@imp.uran.ru
Ekaterinburg, 620108 Russia

V. V. Marchenkov

Mikheev Institute of Metal Physics, Ural Branch, Russian Academy of Sciences

Email: kuranova@imp.uran.ru
Ekaterinburg, 620108 Russia

V. G. Pushin

Mikheev Institute of Metal Physics, Ural Branch, Russian Academy of Sciences

Email: kuranova@imp.uran.ru
Ekaterinburg, 620108 Russia

D. Yu. Rasposienko

Mikheev Institute of Metal Physics, Ural Branch, Russian Academy of Sciences

Email: kuranova@imp.uran.ru
Ekaterinburg, 620108 Russia

A. E. Svirid

Mikheev Institute of Metal Physics, Ural Branch, Russian Academy of Sciences

Email: kuranova@imp.uran.ru
Ekaterinburg, 620108 Russia

S. V. Afanasyev

Mikheev Institute of Metal Physics, Ural Branch, Russian Academy of Sciences

Email: kuranova@imp.uran.ru
Ekaterinburg, 620108 Russia

B. M. Fominykh

Mikheev Institute of Metal Physics, Ural Branch, Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: kuranova@imp.uran.ru
Ekaterinburg, 620108 Russia

References

  1. Perkins J. (Ed.) Shape Memory Effects in Alloys. London, UK: Plenum, 1975. 583 p.
  2. Ооцука К., Симидзу К., Судзуки Ю., Сэкигути Ю., Тадаки Ц., Хомма Т., Миядзаки С. Сплавы с эффектом памяти формы. М.: Металлургия, 1990. 224 с.
  3. Duering T.W., Melton K.L., Stockel D., Wayman C.M. (Eds.) Engineering Aspects of Shape Memory Alloys. London, UK: Butterworth-Heineman, 1990. 301 p.
  4. Материалы с эффектом памяти формы: Справ. изд. / Под ред. В.А. Лихачева. Т. 1–4. СПб.: Изд-во НИИХ СПбГУ, 1997, 1998.
  5. Журавлев В.Н., Пушин В.Г. Сплавы с термомеханической памятью и их применение в медицине. Екатеринбург: УрО РАН, 2000. 148 с.
  6. Пушин В.Г., Кондратьев В.В., Хачин В.Н. Предпереходные явления и мартенситные превращения. Екатеринбург: УрО РАН, 1998. 368 с.
  7. Buehler W.J., Wang F.E. A summary of recent research on the nitinol alloys and their potential application in ocean engineering // Ocean. Eng. 1968. V. 1. P. 105–120.
  8. Prokpshkin S.D., Pushin V.G., Ryklina E.P., Khmelevskaya I.Y. Application of titanium nickelide-based alloys in Medicine // Phys. Met. Metal. 2004. V. 97. Suppl. 1. P. S56–S96.
  9. Razov A.I. Application of titanium nickelide-based alloys in Engineering // Phys. of Met. Metal. 2004. V. 97. Suppl. 1. P. S97–S126.
  10. Cui J., Wu Y., Muehlbauer J., Hwang Y., Radermacher R., Fackler S., Wuttig M., Takeuchi I. Demonstration of high efficiency elastocaloric cooling with large δT using NiTi wires // Appl. Phys. Letters. 2012. V. 101. P. 073904.
  11. Zhang L., He Z.Y., Tan J., Zhang Y.Q., Stoica M., Prashanth K.G., Cordill M.J., Jiang Y.H., Zhou R., Eckert J. Rapid fabrication of function-structure-integrated NiTi alloys: Towards a combination of excellent superelastisity and favorable bioactivity // Intermetallic. 2017. V. 82. P. 1–13.
  12. Snodgrass R., Erickson D.A. multistage elastocaloric refrigerator and heat pump with 28 K temperature span // Sci. Rep. 2019. V. 9. P. 18532.
  13. Варлимонт Х., Дилей Л. Мартенситные превращения в сплавах на основе меди, серебра и золота. М.: Наука, 1980. 205 с.
  14. Sedlak P., Seiner H., Landa M., Novák V., Šittner P., Manosa L.I. Elastic Constants of bcc Austenite and 2H Orthorhombic Martensite in CuAlNi Shape Memory Alloy // Acta Mater. 2005. V. 53. P. 3643–3661.
  15. Dasgupta R. A look into Cu-based shape memory alloys: Present scenario and future prospects // J. Mater. Research. 2014. V. 29. Nо. 16. P. 1681–1698.
  16. Pushin V., Kuranova N., Marchenkova E., Pushin A. Design and Development of Ti–Ni, Ni–Mn–Ga and Cu–Al–Ni-based Alloys with High and Low Temperature Shape Memory Effects // Materials. 2019. V. 12. P. 2616–2640.
  17. Pushin V.G., Kuranova N.N., Svirid A.E., Uksusnikov A.N., Ustyugov Y.M. Design and Development of High-Strength and Ductile Ternary and Multicomponent Eutectoid Cu-Based Shape Memory Alloys: Problems and Perspectives // Metals. 2022. V. 12. P. 1289 (32 pages).
  18. Hornbogen E. The effect of variables on martensitic transformation temperatures // Acta Metal. 1985. V. 33. No. 4. P. 595–601.
  19. Kajiwara S. Strain-induced martensite structures of a Cu-Zn alloy // J. Phys. Soc. Japan. 1971. V. 30. P. 1757.
  20. Hull D. Spontaneous Transformation of Metastable b-brass in Thin Foils // Philosoph. Magazine. 1962. V. 7. P. 537–550.
  21. Yasuda H.Y., Sakata T., Umakoshi Y. Variant selection in transformation texture from the b to a phase in Cu-40mass% Zn alloy // Acta Mater. 1999. V. 47. No. 6. P. 1923–1933.
  22. Свирид А.Э., Куранова Н.Н., Пушин В.Г., Афанасьев С.В. Особенности структуры метастабильных сплавов на основе Cu–Zn с эффектом памяти формы // ФММ. 2024. Т. 125. № 7. С. 821–830.
  23. Куранова Н.Н., Пушин В.Г., Свирид А.Э., Давыдов Д.И. Мартенситные фазы в метастабильных сплавах на основе Cu–Zn с эффектом памяти формы // ФММ. 2024. Т. 125. № 8. С. 956–963.
  24. Свирид А.Э., Пушин В.Г., Куранова Н.Н., Афанасьев С.В., Давыдов Д.И., Сташкова Л.А. Особенности структуры и механические свойства метастабильного (α+β)-сплава Cu–39.5 мас. %Zn с эффектом памяти формы, подвергнутого механотермической обработке // ФММ. 2024. Т. 125. № 8. С. 986–994.
  25. Свирид А.Э., Пушин В.Г., Куранова Н.Н., Афанасьев С.В., Давыдов Д.И., Сташкова Л.А. Влияние горячей прокатки на фазовый состав, структуру и механические свойства метастабильного (α+β)-сплава на основе Cu–41 мас.% Zn с эффектом памяти формы // ФММ. 2024. Т. 125. № 9. С. 1093–1099.
  26. Huang Y.T., Wang T.F., Mei Y. A study of internal friction, electric resistance and shape change Cu–Zn and Cu–Zn–Al alloys during phase transformation use simultaneous measurement method // Rev. Progress in Quantit. Nondest. Evalut. 1990. V. 9. P. 1611–1616.
  27. Лободюк В.А., Эстрин Э.И. Изотермическое мартенситное превращение // УФН. 2005. Т. 175. № 7. С. 745–765.
  28. Xiao G.H., Tao N.R., Lu K. Microstructures and mechanical properties of a Cu–Zn alloy subjected to cryogenic dynamic plastic deformation // Mater. Sci. Eng. A. 2009. V. A513–514. P. 13–21.
  29. Диаграммы состояния двойных металлических систем. М.: Машиностроение, 1997. Т. 2. С. 353.
  30. Хирш П., Хови А., Николсон Р., Пэшли Д., Уэлан М. Электронная микроскопия тонких кристаллов. М.: Мир, 1968. 573 с.
  31. Курдюмов Г.В., Утевский Л.М., Энтин Р.И. Превращения в железе и стали. М.: Наука, 1977. 238 с.
  32. Малышев К.А., Уваров А.И., Романова Р.Р., Пушин В.Г. Трип-эффект в сплавах железо–никель–титан, упрочненных фазовым наклепом и старением // ФММ. 1976. Т. 41. Вып. 5. С. 992–1001.
  33. Материалы с эффектом памяти формы: Справ. изд. / Под ред. В.А. Лихачева. СПб.: Изд-во НИИХ СПбГУ, 1997. Т. 1. С. 26.
  34. Лотков А.И., Гришков В.Н., Жапова Д.Ю., Гусаренко А.А., Тимкин В.Н. Влияние пластической деформации в мартенситном состоянии на развитие эффектов сверхэластичности и памяти формы в сплавах на основе никелида титана // Письма в ЖТФ. 2018. Т. 44. Вып. 21. С. 97–104.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download


Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».