Научная тема: «ЗАКОНОМЕРНОСТИ ТЕРМОУПРУГИХ МАРТЕНСИТНЫХ ПРЕВРАЩЕНИЙ И МЕХАНИЗМЫ ОРИЕНТАЦИОННОЙ ЗАВИСИМОСТИ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ СВОЙСТВ В МОНОКРИСТАЛЛАХ ОДНОФАЗНЫХ И ГЕТЕРОФАЗНЫХ СПЛАВОВ С B2(L21)-СВЕРХСТРУКТУРОЙ»
Специальность: 01.04.07
Год: 2013
Отрасль науки: Физико-математические науки
Основные научные положения, сформулированные автором на основании проведенных исследований:
  1. Общие закономерности и термодинамическое описание изменения температур B2(R)-B19′, B2-L10, L21-(14M)L10 мартенситных превращений, температурного гистерезиса при выделении дисперсных частиц в монокристаллах TiNi, CoNiAl, NiFeGa(Co), обусловленные изменением химического состава матрицы, прочностных свойств высокотемпературной фазы, величины, генерируемой при мартенситном превращении обратимой (упругой и поверхностной) энергии, в зависимости от размера, объемной доли и числа вариантов дисперсных частиц. Микромеханическая модель, объясняющая превышение температурного интервала прямого превращения по сравнению с обратным, несимметричный температурный гистерезис в гетерофазных монокристаллах, которая основана на учете зависимости плотности геометрически необходимых двойников в кристаллах мартенсита, возникающих для достижения совместности мартенситной деформации матрицы с упругой деформацией частиц, от расстояния между частицами λ.
  2. Экспериментально обнаруженное в однофазных и гетерофазных монокристаллах сплавов TiNi, NiFeGa превышение экспериментальными значениями обратимой деформации при изучении эффекта памяти формы теоретических величин деформации решетки при B2(R)-B19′, L21-14M-L10 мартенситных превращениях. Условия наблюдения и теоретическое обоснование этого явления, обусловленные обратимым механическим двойникованием кристаллов мартенсита, которое не является решением кристаллографической теории мартенситных превращений, высоким уровнем прочностных свойств высокотемпературной B2(L21)-фазы, деформацией кристаллов в условиях минимальных критических напряжений, низких модулей упругости фаз и подавления раздвойникования кристаллов мартенсита.
  3. Общие закономерности и особенности асимметрии, ориентационной и температурной зависимости критических напряжений образования B19′-, 14M-, L10-мартенсита из В2(L21)-фазы, стадийности развития межмартенситных переходов под нагрузкой в монокристаллах сплавов TiNi, CoNiAl, NiFeGa(Co). Теоретическое обоснование этих явлений, основанное на обобщенном уравнении Клапейрона - Клаузиуса с учетом влияния на величину деформации превращения ориентации кристалла, способа деформации растяжение/сжатие, наличия не испытывающих превращений дисперсных частиц и различие модулей упругости аустенита и мартенсита.
  4. Экспериментально найденные закономерности ослабления ориентационной зависимости и уменьшения величины эффекта памяти формы с ростом размера и объемной доли дисперсных частиц в гетерофазных монокристаллах TiNi, CoNiAl, NiFeGa(Сo). Микромеханические модели взаимодействия мартенсита с дисперсными частицами различного размера, определяющие подавление дисперсными частицами раздвойникования кристаллов мартенсита, переход от одновариантного развития мар-тенситных превращений под нагрузкой к многовариантному с увеличением размера и числа кристаллографических вариантов частиц.
  5. Экспериментальное доказательство наблюдения высокотемпературной сверхэластичности в монокристаллах CoNiAl и NiFeGa(Co). Критерий наблюдения высокотемпературной сверхэластичности, который состоит в минимизации зависимости критических напряжений образования мартенсита σcr от температуры испытания, α=dσcr/dT, одновременно с повышением прочностных свойств высокотемпературной фазы независимо от способа достижения высокопрочного состояния: за счет выбора ориентации кристаллов, упрочнения при отклонении от стехиометрического состава и выделении наноразмерных частиц.
  6. Особенности изменения величины механического гистерезиса с ростом температуры испытания в зависимости от ориентации кристалла и способа деформации в высокопрочных однофазных и гетерофазных монокристаллах: отсутствие температурной зависимости механического гистерезиса в широком интервале температур при подавлении раздвойникования кристаллов мартенсита; уменьшение механического гистерезиса с ростом температуры испытания и уровня критических напряжений образования мартенсита. Теоретическое обоснование этих особенностей, основанное на учете термоактивируемого взаимодействия движущихся границ раздела с дефектами кристаллической структуры кристаллов и изменении плотности двойников кристаллов мартенсита при развитии мартенситных превращений в условиях упругодефор-мированного аустенита и мартенсита.
  7. Экспериментальное доказательство проявления и механизм двойного эффекта памяти формы в монокристаллах CoNiAl и упругого двойникования кристаллов R-мартенсита в монокристаллах TiNi, учитывающий влияние ориентации внутренних дальнодействующих полей напряжений, которые возникают в состаренных под нагрузкой кристаллах, на зарождение и рост кристаллов мартенсита.
Список опубликованных работ
1.Чумляков Ю.И., Ефименко С.П., Киреева И.В., Панченко Е.Ю., Сехитоглу Х., Галл К., Яя Л. Эффекты памяти формы в стареющих монокристаллах никелида титана // Доклады Российской академии наук. 2001. Т. 381. № 5. С. 610–613.

2.Чумляков Ю.И., Панченко Е.Ю., Киреева И.В. и др. Зависимость эффектов памяти формы и сверхэластичности от числа вариантов дисперсных частиц в монокристаллах никелида титана // Доклады Российской академии наук. 2002. T. 385. № 2. С. 181–185.

3.Chumlyakov Yu.I., Panchenko E.Yu., Kireeva I.V., Shaporov D.A., Aksenov V.B., etc. The shape memory effect and superelasticity in single crystals of titanium-nickel aged under applied stress // Journal de Physique IV. 2003. V. 112. P. 799–802.

4.Чумляков Ю.И., Киреева И.В., Панченко Е.Ю., Аксенов В.Б., Кириллов В.А., Овсянников А.В., Захарова Е.Г., Сехитоглу Х. Эффекты памяти формы и сверхэластичности в монокристаллах Ti-Ni и Fe-Ni-Co-Ti // Известия высших учебных заведений. Физика. 2003. Т. 46. № 8. С. 62–73.

5.Панченко Е.Ю., Киреева И.В., Чумляков Ю.И., Аксенов В.Б., Ефименко С.П., Караман И., Сехитоглу Х. Особенности термоупругих мартенситных превращений в [001]-монокристаллах никелида титана // Доклады Российской академии наук. 2003. Т. 388. № 1. С. 51–55.

6.Панченко Е.Ю., Киреева И.В., Чумляков Ю.И., Овсянников А.В. Ориентацион-ная зависимость эффекта памяти формы и сверхэластичности в монокристаллах Ti-51ат.%Ni // Вестник Новгородского государственного университета. 2003. № 23. С. 14–19.

7.Чумляков Ю.И., Киреева И.В., Караман И., Панченко Е.Ю. и др. Ориентацион-ная зависимость эффектов памяти формы и сверхэластичности в монокристаллах Co-NiGa, NiMnGa, CoNiAl, FeNiCoTi, TiNi // Известия высших учебных заведений. Физика. 2004. Т. 47. № 9. С. 4–20.

8.Панченко Е.Ю., Овсянников А.В., Киреева И.В., Чумляков Ю.И., Аксенов В.Б., Кукса М.П. Эффекты памяти формы, сверхэластичности и упругое двойникование R-мартенсита в состаренных под нагрузкой монокристаллах Ti-50.8ат%Ni // Физическая мезомеханика. 2004. Т. 7. Спец. выпуск. Ч. 1. С. 237–240.

9.Chumlyakov Yu.I., Panchenko E.Yu., Aksenov V.B., Kireeva I.V., Kuksa M.P., Ka-raman I., Sehitoglu H. The shape memory effect and superelasticity in Ti-Ni single crystals with one variant of dispersed particles // Journal de Physique IV. 2004. V. 115. P. 21–28.

10.Захарова Е.Г., Панченко Е.Ю., Овсянников А.В., Чумляков Ю.И. Эффект памяти формы и сверхэластичность в ферромагнитных монокристаллах Ni-Mn-Ga и Co-Ni-Al // Известия высших учебных заведений. Физика. 2005. Т. 48. № 6. С. 19–20.

11.Панченко Е.Ю., Овсянников А.В., Чумляков Ю.И. и др. Асимметрия эффекта памяти формы и сверхэластичности при растяжении/сжатии в ферромагнитных монокристаллах Co40Ni33Al27// Материаловедение. 2006. № 12. С. 6–10.

12.Чумляков Ю.И., Панченко Е.Ю., Киреева И.В. и др. Функциональные свойства ферромагнитных монокристаллов Co-Ni-Al, Ni-Fe-Ga, Co-Ni-Ga с термоупругими мартенситными превращениями // Фундаментальные проблемы современного материаловедения. 2005. Т. 2. № 4. С. 17–23.

13.Панченко Е.Ю., Твердохлебова А.В., Чумляков Ю.И., Караман И., Сехитоглу Х. Термоупругие мартенситные превращения, эффект памяти формы и сверхэластичность в ферромагнитных монокристаллах Ni54Fe19Ga27 // Известия РАН. Серия физическая. 2006. Т. 70. № 9. С. 1355–1359.

14.Панченко Е.Ю., Чумляков Ю.И., Овсянников А.В., Karaman I. Высокотемпературная сверхэластичность при B2-L10 мартенситных превращениях в кристаллах Co40Ni33Al27 // Письма в журнал технической физики. 2007. Т. 33. вып. 13. С. 32–39.

15.Тимофеева Е.Е., Панченко Е.Ю., Чумляков Ю.И. Закономерности термоупругих мартенситных превращений в гетерофазных ферромагнитных монокристаллах Ni54Fei9Ga27 // Известия высших учебных заведений. Физика. 2007. Т. 50. № 10. С. 24-27.

16.Chumlyakov Y., Panchenko E., Kireeva I. etc. Orientation dependence and tension/compression asymmetry of shape memory effect and superelasticity in ferromagnetic C040N133AI27, Co49Ni2iGa3o and Ni54Fei9Ga27 single crystals // Materials Science and Engineering A. 2008. V. 481-482. P. 95-100.

17.Панченко Е.Ю., Чумляков Ю.И., Киреева И.В. и др. Влияние дисперсных частиц Ti3Ni4 на мартенситные превращения в монокристаллах никелида титана // Физика металлов и металловедение. 2008. Т. 106. № 6. С. 597-603.

18.Чумляков Ю.И., Киреева И.В., Панченко Е.Ю. и др. Высокотемпературная сверхэластичность в монокристаллах CoNiGa, C0N1AI, NiFeGa, TiNi // Известия высших учебных заведений. Физика. 2008. Т. 51. № 10. С. 19-37.

19.Чумляков Ю.И., Панченко Е.Ю., Овсянников А.В. и др. Высокотемпературная сверхэластичность и эффект памяти формы в [001] монокристаллах Co-Ni-Al // Физика металлов и металловедение. 2009. Т. 107. № 2. С. 207-218.

20.Панченко Е.Ю., Тимофеева Е.Е., Казанцева Л.П., Чумляков Ю.И., Maier H. Влияние термической обработки на закономерности термоупругих мартенситных превращений в ферромагнитных монокристаллах Ni49FeigGa27Co6 // Известия высших учебных заведений. Физика. 2010. Т. 53. № 11. С. 96-98.

21.Панченко Е.Ю., Чумляков Ю.И., Тимофеева Е.Е. и др. Ориентационная зависимость высокотемпературной сверхэластичности в ферромагнитных монокристаллах Ni-Fe-Ga // Деформация и разрушение материалов. 2010. № 2. С. 22-29.

22.Panchenko E., Chumlyakov Y., Maier H.J., Timofeeva E., Karaman I. Tension/compression asymmetry of functional properties in [001]-oriented ferromagnetic NiFeGaCo single crystals // intermetallics. 2010. V. 18. P. 2458-2463.

23.Панченко Е.Ю., Чумляков Ю.И., Maier H., Кириллов В А., Канафьева А.С. Особенности развития термоупругих мартенситных превращений в состаренных монокристаллах ферромагнитного сплава CoNiAl // Известия высших учебных заведений. Физика. 2011. Т. 54. № 6. С. 96-102.

24.Чумляков Ю.И., Киреева И.В., Панченко Е.Ю. и др. Термоупругие мартенситные превращения в монокристаллах, содержащих дисперсные частицы // Известия высших учебных заведений. Физика. 2011. Т. 54. № 8. С. 96-108.

25.Тимофеева Е.Е., Панченко Е.Ю., Чумляков Ю.И., Maier H. Закономерности развития термоупругих мартенситных превращений под сжимающей нагрузкой в [011]-монокристаллах ферромагнитного сплава NiFeGa // Известия высших учебных заведений. Физика. 2011. Т. 54. № 12. С. 116-118.

26.Панченко Е.Ю., Чумляков Ю.И., Тимофеева Е.Е. и др. Циклическая стабильность сверхэластичности в состаренных [ 123 ]-монокристаллах Ni49Fe18Ga27Со6 // Известие высших учебных заведений. Физика. 2012. Т.55. №9. С. 61-65.

27.Панченко Е.Ю., Чумляков Ю.И., Maier H., Канафьева А.С, Кириллов В.А. Влияние старения в свободном состоянии и под нагрузкой на функциональные свойства [011]-монокристаллов C035N135AI30 // Известие высших учебных заведений. Физика. 2012. Т.55. №10. С. 19-27.

28.Тимофеева Е.Е., Панченко Е.Ю., Чумляков Ю.И., Тагильцев А.И. Высокотемпературная сверхэластичность в [001]-монокристаллах ферромагнитных сплавов NiFeGa // Вестник Тамбовского университета. Серия: Естественные и технические науки. 2013. Т. 18, вып. 4. С. 1615-1617.

29.Панченко Е.Ю., Чумляков Ю.И., Ефтифеева А.С. Влияние старения под растягивающей нагрузкой на функциональные свойства [123]-монокристаллов сплавов Co35Ni35Al30 // Вестник Тамбовского университета. Серия: Естественные и технические науки. 2013. Т. 18, вып. 4. С. 1755–1757.

30. Chumlyakov Yu., Kireeva I., Panchenko E., Karaman I., Maier H.J., Timofeeva E. Shape memory effect and high-temperature superelasticity in high-strength single crystals // Journal of Alloys and Compounds. DOI – http://dx.doi.org/10.1016/j.jallcom.2012.02.003.

Публикации в других научных изданиях:

31.Твердохлебова А.В., Панченко Е.Ю., Тимофеева Е.Е., Чумляков Ю.И. Эффект памяти формы и сверхэластичность в ферромагнитных [001]-монокристаллах Ni-Fe-Ga при деформации растяжением и сжатием // Известия высших учебных заведений. Физика. 2006. Т.49. № 3. Приложение. С. 72–74.

32.Чусов С.А., Панченко Е.Ю., Овсянников А.В., Чумляков Ю.И. Закономерности развития термоупругих В2-L10 мартенситных превращений в [001] ферромагнитных монокристаллах Co-Ni-Al // Известия высших учебных заведений. Физика. 2006. Т.49. № 3. Приложение. С. 77–78.

33.Овсянников А.В., Панченко Е.Ю., Чумляков Ю.И. Функциональные свойства монокристаллов Ti-50.8ат.%Ni, состаренных в свободном состоянии, под сжимающей и растягивающей нагрузкой // Известия высших учебных заведений. Физика. 2006. Т.49. № 3. Приложение. С. 56–57.

34.E. Panchenko, Yu. Chumlyakov, H. Maier, I. Karaman and K. Timofeeva. Asymmetry of functional properties in single crystal NiFeGa(Co) ferromagnetic shape memory alloys. Extended Abstracts, 3rd International Conference on Ferromagnetic Shape Memory Alloys. Dresden, 18.-22.07. 2011. P. 91-92.