Влияние зернограничных сегрегаций на температуры мартенситного превращения в бикристаллах NiTi

Р.И. Бабичева, А.С. Семенов, С.В. Дмитриев, К. Жоу показать трудоустройства и электронную почту
Получена: 31 декабря 2018; Исправлена: 21 февраля 2019; Принята: 27 февраля 2019
Эта работа написана на английском языке
Цитирование: Р.И. Бабичева, А.С. Семенов, С.В. Дмитриев, К. Жоу. Влияние зернограничных сегрегаций на температуры мартенситного превращения в бикристаллах NiTi. Письма о материалах. 2019. Т.9. №2. С.162-167
BibTex   https://doi.org/10.22226/2410-3535-2019-2-162-167

Аннотация

Distribution of atoms in the tilt grain boundary (GB) area for NiTi bi-crystal without GB segregation and for materials having segregations of Ti or Ni atoms.Сплавы NiTi находят разнообразные применения, поскольку они демонстрируют эффект памяти формы, который обусловлен мартенситным фазовым переходом, с температурами перехода, близкими к комнатной температуре. На температуру перехода сплава влияют многие факторы, в том числе, его химический состав и термомеханическая обработка, которая влияет на размер зерна, плотность дислокаций и другие параметры кристаллической структуры. Хорошо известно, что химический состав сплавов в границах зерен может значительно отличаться от химического состава в объеме кристаллитов из‑за сегрегации определенных элементов по границам зерен. Влияние зернограничных сегрегаций на температуры мартенситных превращений до сих пор недостаточно изучено. В настоящем исследовании, методом молекулярной динамики анализируется возможное влияние сегрегации атомов Ti или Ni вдоль границы зерен наклона Σ25 на температуры прямых и обратных мартенситных превращений. Сегрегация вводится путем замены одного атомного слоя Ti или Ni на границе зерна на слой Ni или Ti, соответственно. Результаты сравниваются со случаем отсутствия зернограничных сегрегации. Анализируются исходные релаксированные и термализованные структуры бикристаллов в аустенитном состоянии, а также температурные зависимости потенциальной энергии на атом и объемной дилатации. Обнаружено, что сегрегации может значительно понижать начальную и конечную температуры мартенситного превращения, и этот эффект более выражен для сегрегаций Ni.

Ссылки (56)

1. T. Yoneyama, S. Miyazaki. Shape memory alloys for biomedical applications. Woodhead Publishing, Cambridge (2009) 337 p.
2. J. Mohd Jani, M. Leary, A. Subic, M. A. Gibson. Mater. Design. 56, 1078 (2014). Crossref
3. M. H. Elahinia, M. Hashemi, M. Tabesh, S. B. Bhaduri. Prog. Mater. Sci. 57, 911 (2012). Crossref
4. K. Otsuka, X. Ren. Prog. Mater. Sci. 50, 511 (2005). Crossref
5. L. Sun, W. M. Huang, Z. Ding, Y. Zhao, C. C. Wang, H. Purnawali, C. Tang et al. Mater. Design. 33, 577 (2012). Crossref
6. D. Raabe, S. Sandlöbes, J. Millán, D. Ponge, H. Assadi, M. Herbig, et al. Acta Mater. 61, 6132 (2013). Crossref
7. D. Raabe, M. Herbig, S. Sandlöbes, Y. Li, D. Tytko, M. Kuzmina, D. Ponge, P.-P. Choi. Curr. Opin. Solid St. M. 18, 253 (2014). Crossref
8. S. J. Dillon, M. Tang, W. C. Carter, M. P. Harmer. Acta Mater. 55, 6208 (2007). Crossref
9. C. Hu, J. Luo. Scripta Mater. 158, 11 (2019). Crossref
10. S. Yang, N. Zhou, H. Zheng, S. P. Ong, J. Luo. Phys. Rev. Lett. 120, 085702 (2018). Crossref
11. S. V. Divinski, H. Edelhoff, S. Prokofjev. Phys. Rev. B. 85, 144104 (2012). Crossref
12. T. Frolov, S. V. Divinski, M. Asta, Y. Mishin. Phys. Rev. Lett. 110, 255502 (2013). Crossref
13. D. Liu, M. Peterlechner, J. Fiebig et al. Intermetallics. 61, 30 (2015). Crossref
14. P. R. Cantwell, M. Tang, S. J. Dillon, J. Luo, G. S. Rohrer, M. P. Harmer. Acta Mater. 62, 1 (2014). Crossref
15. K. Tai, A. Lawrence, M. P. Harmer, S. J. Dillon. Appl. Phys. Lett. 102, 034101 (2013). Crossref
16. J. Zhang, C. C. Tasan, M. J. Lai, A.-C. Dippel, D. Raabe. Nature Commun. 8, 14210 (2017). Crossref
17. G. J. Tucker, D. L. McDowell. Int. J. Plast. 27, 841 (2011). Crossref
18. V. Turlo, T. J. Rupert. Acta Mater. 151, 100 (2018). Crossref
19. V. Borovikov, M. I. Mendelev, A. H. King. Int. J. Plast. 90, 146 (2017). Crossref
20. Z. Pan, T. J. Rupert. Phys. Rev. B. 93, 134113 (2016). 93.134113. Crossref
21. Z. Pan, T. J. Rupert. Acta Mater. 89, 205 (2015). Crossref
22. R. I. Babicheva, S. V. Dmitriev, D. V. Bachurin, N. Srikanth, Y. Zhang, S. W. Kok, K. Zhou. Int. J. Fatigue. 102, 270 (2017). Crossref
23. A. V. Zinovev, M. G. Bapanina, R. I. Babicheva, N. A. Enikeev, S. V. Dmitriev, K. Zhou. Phys. Met. Metallogr. 118, 65 (2017). Crossref
24. R. I. Babicheva, S. V. Dmitriev, L. Bai, Y. Zhang, S. W. Kok, G. Kang, K. Zhou. Comp. Mater. Sci. 117, 445 (2016). Crossref
25. R. I. Babicheva, S. V. Dmitriev, Y. Zhang, S. W. Kok, K. Zhou. J. Nanomat. 2015, 231848 (2015). Crossref
26. N. Zhou, T. Hu, J. Huang, J. Luo. Scripta Mater. 124, 160 (2016). Crossref
27. R. I. Babicheva, Kh. Ya. Mulyukov. Appl. Phys. A. Mater. 116, 1857 (2014). Crossref
28. J. Kang, G. C. Glatzmaier, S.-H. Wei. Phys. Rev. Lett. 111, 055502 (2013). Crossref
29. A. Kundu, K. M. Asl, J. Luo, M. P. Harmer. Scripta Mater. 68, 146 (2013). Crossref
30. J. Luo, H. Cheng, K. M. Asl, C. J. Kiely, M. P. Harmer. Science. 333, 1730 (2011). Crossref
31. L. Feng, R. Hao, J. Lambros, S. J. Dillon. Acta Mater. 142, 121 (2018). Crossref
32. A. Ahadi, A. R. Kalidindi, J. Sakurai, Y. Matsushita, K. Tsuchiya, C. A. Schuh. Acta Mater. 142, 181 (2018). Crossref
33. M. Callisti, B. G. Mellor, T. Polcar. Scripta Mater. 77, 52 (2014). Crossref
34. M. V. Petrik, A. R. Kuznetsov, N. A. Enikeev, Y. N. Gornostyrev, R. Z. Valiev. Phys. Met. Metallogr. 119, 607 (2018). Crossref
35. S.-J. Qin, J.-X. Shang, F.-H. Wang, Y. Chen. Mater. Design. 137, 361 (2018). Crossref
36. M. P. Kashchenko, V. G. Chashchina. Phys. Usp. 54, 331 (2011). Crossref
37. S. V. Dmitriev, M. P. Kashchenko, J. A. Baimova, R. I. Babicheva, D. V. Gunderov, V. G. Pushin. Letters on Materials. 7, 442 (2017). Crossref
38. S.-J. Qin, J.-X. Shang, X. Wang, F.-H. Wang. Appl. Surf. Sci. 353, 1052 (2015). Crossref
39. S. V. Dmitriev, R. I. Babicheva, D. V. Gunderov, V. V. Stolyarov, K. Zhou. Letters on Materials. 8, 225 (2018). Crossref
40. S. Plimpton. J. Comput. Phys. 117, 1 (1995). Crossref
41. W.-S. Ko, B. Grabowski, J. Neugebauer. Phys. Rev. B. 92, 134107 (2015). Crossref
42. W.-S. Ko, S. B. Maisel, B. Grabowski, J. B. Jeon, J. Neugebauer. Acta Mater. 123, 90 (2017). Crossref
43. M. Muralles, S.-D. Park, S. Y. Kim, B. Lee. Comp. Mater. Sci. 130, 138 (2017). Crossref
44. F. Yazdandoost, R. Mirzaeifar. J. Alloy. Compd. 709, 72 (2017). Crossref
45. M. P. Kashchenko, V. G. Chashchina. Materials. Science. Foundations. 81 - 82, 3 (2015). Crossref
46. J. D. Honeycutt, H. C. Andersen. J. Phys. Chem. 91, 4950 (1987). Crossref
47. A. Stukowski, V. V. Bulatov, A. Arsenlis. Modelling Simul. Mater. Sci. Eng. 20, 085007 (2012). Crossref
48. A. Stukowski. Modelling Simul. Mater. Sci. Eng. 18, 015012 (2010). Crossref
49. Y. C. Shu, K. Bhattacharya. Acta Mater. 46, 5457 (1998). Crossref
50. A. Stukowski, A. Arsenlis. Modelling Simul. Mater. Sci. Eng. 20, 035012 (2012). Crossref
51. R. D. Dar, H. Yan, Y. Chen. Scripta Mater. 115, 113 (2016). Crossref
52. H. Wang, X. Yi, Y. Zhu, et al. Mater. Charact. 140, 122 (2018). Crossref
53. Z. S. Tôkei, J. Bernardini, D. L. Beke. Acta Mater. 47, 1371 (1999). Crossref
54. N. B. Burbery, G. Po, R. Das, N. Ghoniem, W. G. Ferguson. Journal of Micromechanics and Molecular Physics. 2, 1750003 (2017). Crossref
55. Q. H. Fang, L. C. Zhang. Journal of Micromechanics and Molecular Physics. 1, 1650008 (2016). Crossref
56. R. D. Dar, Y. Chen. Appl. Phys. Lett. 110, 041906 (2017). Crossref

Другие статьи на эту тему

Финансирование

1. Российский научный фонд - grant No. 17‑79‑10410 (molecular dynamics simulations)
2. Российский научный фонд - grant No. 18‑72‑00006
3. Russian Foundation for Basic Research - grant No. 17-02-00984 (design of the research)