Характеристики упругой анизотропии кристаллов Ti-Ni с памятью формы и их связь с экстремальными значениями коэффициента Пуассона

Получена: 22 сентября 2020; Исправлена: 15 октября 2020; Принята: 06 ноября 2020
Цитирование: С.А. Муслов. Характеристики упругой анизотропии кристаллов Ti-Ni с памятью формы и их связь с экстремальными значениями коэффициента Пуассона. Письма о материалах. 2021. Т.11. №1. С.28-32
BibTex   https://doi.org/10.22226/2410-3535-2021-1-28-32

Аннотация

Анализируется величина и связь степени упругой анизотропии и коэффициента Пуассона кристаллов сплавов Ti-Ni на основе собственных и литературных данных, полученных опытным и расчетным путем из первых принципов. Упругая анизотропия кристаллов Ti-Ni может быть определена на основе численных различий экстремальных значений μ как Aμ = |μmax - μmin|/<μ>. Установлена сильная корреляционная связь между коэффициентом упругой анизотропии A и фактором Aμ (коэффициент корреляции 0.9871).Исследование физико-механических свойств способно пролить свет на картину мартенситных переходов в материалах, ответственных за уникальные эффекты памяти формы и сверхэластичности. В основе мартенситных превращений в металлах и сплавах лежат деформационные процессы сдвигового типа, поэтому изучение их упругого поведения содержит важную информацию о природе и механизмах этих фазовых переходов. В данном сообщении анализируется величина и связь степени упругой анизотропии и коэффициента Пуассона кристаллов сплавов Ti-Ni на основе собственных и литературных данных, полученных опытным и расчетным путем из первых принципов. Установлена значительная вариабельность коэффициента упругой анизотропии A кристаллов Ti-Ni, обусловленная, очевидно, интенсивным упругим “размягчением” решетки сплавов накануне мартенситных превращений (особенно постоянной c44). Минимальный коэффициент Пуассона кристаллов Ti-Ni равен −0.25. Максимальное значение μ составило 1.10, что больше теоретического предела для поликристаллов. Экстремальные значения µ достигались для направлений, когда растяжение было ориентировано вдоль направления <110>, то есть диагоналей грани куба. Интегрированием по поперечным направлениям и направлениям приложения силы установлено, что среднее значение <μ> 0.41. Сплавы на основе Ti-Ni могут быть рассмотрены, таким образом, как частичные ауксетики — материалы с отрицательным коэффициентом Пуассона в части направлений, то есть иметь μ < 0 при выборе одних направлений и быть обыкновенными материалами с положительным μ для других направлений. Упругая анизотропия кристаллов Ti-Ni может быть определена на основе численных различий экстремальных значений μ как Aμ = |μmax−μmin| / <μ>. Установлена сильная корреляционная связь между коэффициентом упругой анизотропии A и фактором Aμ (коэффициент корреляции 0.9871). Эмпирически установлены параметры линейной зависимости приведенного фактора анизотропии Aμ* =1.33779Aμ + 0.18542, для которого Aμ* = A.

Ссылки (27)

1. C. Zener. Elasticity and Anelasticity of Metals. University of Chicago, Chicago (1948).
2. V. N. Khachin, S. A. Muslov, V. G. Pushin, Yu. I. Chumlyakov. Reports of the USSR Academy of Sciences. 295 (3), 606 (1987). (in Russian) [В. Н. Хачин, С. А. Муслов, В. Г. Пушин, Ю. И. Чумляков. Доклады АН СССР. 295 (3), 606 (1987).].
3. A. I. Epishin, D. S. Lisovenko. Journal of technical physics. 86 (10), 74 (2016). (in Russian) [А. И. Епишин, Д. С. Лисовенко. Журнал технической физики. 86 (10), 74 (2016).].
4. D. A. Konyok, K. V. Voitsekhovski, Yu. M. Pleskachevsky, S. V. Shilko. Mechanics of Composite Materials and Structures (Moscow). 10 (1), 35 (2004). (in Russian) [Д. А. Конёк, К. В. Войцеховски, Ю. М. Плескачевский, С. В. Шилько. Механика композитных материалов и конструкций (Москва). 10 (1), 35 (2004).].
5. Negative Poisson’s ratios in metal nanoplates. (in Russian) [Отрицательные коэффициенты Пуассона в металлических нанопластинках.] Electronic resource URL: https://ru.sarlpromotech.com/negative-poissons-ratios-metal-nanoplates-300141.
6. X. F. Wang, T. E. Jones, W. Li, Y. C. Zhou. Phys. Rev. B. 85, 134108 (2012). Crossref
7. K. W. Wojciechowski. Computational methods in science and technology. 11 (1), 73 (2005). Crossref
8. N. Hatcher, O. Y. Kontsevoi, A. J. Freeman. Phys. Rev. B. 80, 144203 (2009). Crossref
9. G. Bihlmayer, R. Eibler, A. Neckel. Phys. Rev. B. 50, 13113 (1994). Crossref
10. O. Mercier, K. N. Melton, G. Gremaud, J. Hagi. J. Appl. Phys. 51, 1833 (1980). Crossref
11. R. Gaillac, F.-X. Coudert. Elastic tensor analysis. Website http://progs.coudert.name/elate/mp?query=mp-571.
12. S. A. Muslov. Premartensitic states in single crystals of TiNi-TiFe and TiNi-TiCu alloys. Thesis for the degree of candidate of physical and mathematical. Tomsk State University, Tomsk (1987) 166 p. (in Russian) [С. А. Муслов. Предмартенситные состояния в монокристаллах сплавов TiNi-TiFe и TiNi-TiCu: дисс. канд. ф.-м. наук. Томск (1987) 166 c.].
13. X. Ren, K. Taniwaki, K. Otsuka, T. Suzuki, K. Tanaka, Yu. I. Chumlyakov. Philos.Mag. A. 79(1), 31 (1999). Crossref
14. X. Ren, N. Miura, J. Zhang, K. Otsuka, K. Tanaka, M. Koiwa, T. Suzuki, Yu. I. Chumlyakov. Mat. Sci. Eng. A. 312, 196 (2001). Crossref
15. P. Šesták, M. Černý, J. Pokluda. Elastic Constants of Austenitic and Martensitic Phases of NiTi Shape Memory Alloy. In: Recent Advances in Mechatronics (ed. by T. Brezina, R. Jablonski). Springer, Berlin, Heidelberg (2010) pp. 1 - 6.
16. Z.-Y. Zeng et.al. Physica B. 405, 3665 (2010). Crossref
17. M. F.-X. Wagner, W. Windl. Acta Mater. 56, 6232 (2008). Crossref
18. X. Huang, C. Bungaro, V. Godlevsky, K. M. Rabe. Phys. Rev. B. 65, 014108 (2001). Crossref
19. W. S. Lai, B. X. Liu. J. Phys.: Condens. Matter. 12, L53 (2000).
20. J.-M. Lu, Q.-M. Hu, R. Yang. Acta Mater. 56, 4913 (2008). Crossref
21. Y. Y. Ye, C. T. Chan, K. M. Ho. Phys. Rev. B. 56, 3678 (1997). Crossref
22. F. Yu, Y.Liu. Computation. 7(4), 57 (2019). Crossref
23. J. B. Haskins, J. W. Lawson. J. Appl. Phys. 121, 205103 (2017). Crossref
24. D. Y. Cheng, S. J. Zhao, S. Q. Wang, H. Q. Ye. Philos. Mag. A. 81, 1625 (2001). Crossref
25. Q. M. Hu, R. Yang, J. M. Lu, L. Wang, B. Johansson, L. Vitos. Phys. Rev. B. 76, 224201 (2007). Crossref
26. Z. A. D. Lethbridge, R. I. Walton, A. S. H. Marmier, C. W. Smith, K. E. Evans. Acta Materialia. 58 (19), 6444 (2010). Crossref
27. T. Paszkiewicz, S. Wolski. Phys Status Solidi B - Basic Solid State Phys. 244 (3), 966 (2007). Crossref