КАРТОЧКА
ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ
Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Номер 24-19-00242
НазваниеРазработка функциональных материалов с высокотемпературными эффектами памяти формы и сверхэластичности на основе многокомпонентных сплавов Гейслера
РуководительТимофеева Екатерина Евгеньевна, Кандидат физико-математических наук
Организация финансирования, регион федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский государственный университет", Томская обл
| Период выполнения при поддержке РНФ | 2024 г. - 2026 г. |
Конкурс№92 - Конкурс 2024 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами».
Область знания, основной код классификатора 09 - Инженерные науки, 09-203 - Фазовые равновесия и превращения
Ключевые словаСверхэластичность, эффект памяти формы, высокотемпературный сплавы, монокристаллы, термоупругое мартенситное превращение, дисперсные частицы, старение в мартенсите, циклическая стабильность, среднеэнтропийные сплавы
Код ГРНТИ29.19.15, 29.19.13, 55.21.17
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
Проект посвящен разработке сплавов с высокотемпературными эффектами памяти формы и сверхэластичности с большими обратимыми деформациями и высокой циклической и термомеханической стабильностью. Актуальным является вопрос разработки сплавов с памятью формы, которые могли бы заменить многокомпонентные конструкции, подвергающиеся большему износу и повреждениям при повышенных температурах. Для этого необходимо, чтобы материал не только испытывал мартенситные превращения при высоких температурах, но и обладал комплексом свойств, необходимых для практического использования: большими обратимыми деформациями; устойчивостью функциональных свойств и микроструктуры к воздействию высоких температур и напряжений, включая циклические воздействия; достаточной прочностью и пластичностью; возможностью контролировать рабочий интервал температур.
В качестве основы для создания таких материалов выбраны многокомпонентные интерметаллиды Гейслера Ni2FeGa-Co и Ni2MnGa-Fe с отклонением от стехиометрического состава, которые обладают необходимыми параметрами для реализации заданного комплекса свойств. Исследования охватят широкий класс сплавов, в которых высокие температуры мартенситных превращений будут получены за счет вариации химического состава в однофазном состоянии (Ni2MnGa-Fe) и за счет термообработок в гетерофазном состоянии (Ni2FeGa-Со). Выбор многокомпонентных среднеэнтропийных сплавов обеспечивает сильные искажения кристаллической решетки, затрудняющие движение дислокаций, большое количество точечных дефектов, замедление диффузии и измельчение ламелей мартенсита до наноразмерных одновариантных мартенситных доменов, что обеспечивает узкий гистерезис и развитие сверхэластичности в широком интервале температур. Однако, разработки по улучшению функциональных свойств Ni2FeGa-Co и Ni2MnGa-Fe, все еще находятся на очень ранней стадии и насчитывают мало публикаций.
Исследования будут проведены на монокристаллах, что обеспечит максимальные обратимые деформации при растяжении и сжатии, позволит провести исследование асимметрии эффекта памяти формы и сверхэластичности при изменении способа деформации, получить равномерное распределение частиц вторичных фаз и избежать влияния границ зерен на функциональные свойства.
Исследования будут включать в себя:
• контроль способности материала к восстановлению деформации и ограничение развития пластической деформации при мартенситных превращениях, исследования величины гистерезиса;
• изучение влияния эффектов стабилизации аустенита и мартенсита;
• исследование монокристаллов с различными параметрами микроструктуры (химический состав матрицы, частицы вторичных фаз, их структура, размер, объемная доля, особенности нанодоменной структуры аустенита и пр.);
• комплексные исследования циклической и термомеханической стабильности одностороннего и двустороннего эффекта памяти формы, сверхэластичности.
Будут исследованы и разработаны методики одно- и двухступенчатого старения, при которых будут выделяться вторичные фазы (гамма- и омега-фазы при различной вариации объемной доли и размера частиц), изменяться степень порядка, что будет способствовать повышению температур и прочностных свойств, увеличению пластичности, повышению циклической и термомеханической стабильности. Будут применены и развиты методики старения в мартенсите под нагрузкой, которое приводит к стабилизации мартенсита, повышению температур превращений, уменьшению рассеяния энергии и наведению двустороннего эффекта памяти формы. Будут исследован переход от четырехкомпонентных сплавов к пятикомпонентным, выбирая в качестве пятого элемента Cu, Mo или Ti, что приведет к переходу от среднеэнтропийных к высокоэнтропийным сплавам и позволит контролировать процессы выделения гаммы-фазы и увеличить пластичность. Будут созданы микроструктуры, обеспечивающие оптимальное сочетание прочностных и пластических характеристик, реализацию большой величины деформации с высокой стабильностью.
Ожидаемые результаты
1. Впервые будут разработаны режимы термических и термомеханических обработок, приводящие к высоким температурам мартенситных превращений вблизи 100 °С, для монокристаллов сплавов Гейслера на основе Ni2FeGa-Co (состав Ni44Fe19Ga27Co10). Будет разработана эмпирическая методика дизайна внутренней микроструктуры монокристаллов Ni2FeGa-Co (состав Ni44Fe19Ga27Co10), способствующей развитию высокотемпературной сверхэластичности с большой величиной обратимой деформации и высокой циклической и термомеханической стабильностью.
2. Впервые будут созданы условия для получения высокотемпературной сверхэластичности при деформации растяжением в монокристаллах сплавов Гейслера на основе Ni2FeGa-Co (состав Ni44Fe19Ga27Co10) и монокристаллах сплавов Ni2MnGa-Fe (при содержании железа от 4 до 16 ат. %).
3. Впервые будет применено старение в мартенсите к монокристаллам сплавов Ni44Fe19Ga27Co10 и монокристаллам сплавов Ni2MnGa-Fe (при содержании железа от 4 до 16 ат. %), и впервые на них будет получен высокотемпературный двусторонний эффект памяти формы и исследована его термомеханическая и циклическая стабильность.
4. Впервые будет проведено систематическое исследование закономерностей выделения вторичных фаз в монокристаллах Ni2MnGa-Fe (при содержании железа от 4 до 16 ат. %). Будет исследовано влияние параметров микроструктуры на высокотемпературный эффект памяти формы и сверхэластичность в этих материалах. Сформулированы условия получения высокотемпературной сверхэластичности с большой величиной обратимой деформации и высокой циклической и термомеханической стабильностью в сплавах Ni2MnGa-Fe.
5. Будут получены новые знания о развитии мартенситных переходов под нагрузкой и эффекте памяти формы в различных системах сплавов Гейслера. На основе полученных результатов будут разработаны микромеханические модели развития мартенситных переходов, которые могут быть применены к многокомпонентным сплавам Гейслера с отклонением химического состава от стехиометрии.
Уровень проекта соответствует мировому в области исследования сплавов с термоупругими мартенситными превращениями, эффектом памяти формы и сверхэластичностью.
Разработка функциональных материалов с высокотемпературным эффектом памяти формы и высокотемпературной сверхэластичностью позволит заполнить существующий в литературе пробел экспериментальных данных о закономерностях развития мартенситных превращений при повышенных температурах, особенностях высокотемпературной сверхэластичности и т.д., связанных с разработкой высокотемпературных сплавов с памятью формы на основе сплавов Гейслера и послужить развитию физики термоупругих мартенситных превращений.
По результатам выполнения проекта будет представлено в печать 8 публикаций в ведущих русскоязычных изданиях и зарубежных изданиях, индексируемых в базах данных «Сеть науки» (Web of Science) или «Скопус» (Scopus).
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ