1. Что такое термоупругое равновесие при полиморфном превращении?
Общее изменение свободной энергии ∆Ф = - ∆GvV+σS + Z зависит от того, как изменяется в процессе реализации мартенситного механизма упругая энергия. Возможна ситуация, когда при соблюдении когерентности границы кристалл новой фазы достигает такого размера, что упругая энергия Z компенсирует выигрыш свободной энергии ∆GVV. Рост кристалла новой фазы при этом прекратится, и он будет находиться в упругом равновесии с исходной фазой. Повышение температуры приведет к уменьшению кристалла новой фазы, так как с повышением температуры выигрыш в свободной энергии уменьшается.
Понижение температуры способствует росту кристалла новой фазы до тех пор, пока не нарушится когерентность границы.
Напряжения, возникающие при образовании первых кристаллов новой фазы, определяют ориентировку и порядок появления новых кристаллов при дальнейшем охлаждении. Прямое превращение начинается при температурах, ниже Мн и заканчивается при температуре Мк .
При нагреве кристаллы новой фазы уменьшаются и исчезают в порядке, обратном появлению их при охлаждении, что можно видеть из рисунка. Обратное превращение начинается с некоторым гистерезисом.
∆Ф = - ∆GvV+σS + Z
∆Ф - изменение свободной энергии системы при образовании стабильной модификации
∆Gv изменение свободной энергии Гиббса на единицу объема в результате смены кристаллической структуры;
V - объем превращенного металла;
S - площадь поверхности зародыша новой фазы;
σ - удельная поверхностная энергия;
Z -изменение упругой энергии.
1. Эффект памяти формы и его механизм.
После придания образцу определенной формы при температуре устойчивости высокотемпературной фазы, ему придают новую форму при температуре ниже Мн. Нагрев образца приводит к восстановлению его исходной формы. При нагружении температура начала мартенситного превращения выше чем Мн и обозначается Мд. Исходной фазе придана определенная форма. Затем материал охладили до темп ниже Мн и под действием нагрузки произведено мартенситное превращение при условии сохранение термоупругого равновесия между исходной и новой фазой. Снятие нагрузки в низкотемпературной области устраняет только упругую деформацию, а деформация вызванная превращением сохраняется. Последующий нагрев приводит к обратному превращению, имеющаяся фаза обратимо и по тем же плоскостям и направлениям переходит в исходную фазу, а образец принимает первоначальную форму. Эффект у NiTi (нитинол).
2. Сверхупругость.
То же самое что и «псевдопластичность». Это явление упругой деформации материала в результате действия фазовых превращений, а не нагрузок. Приложение нагрузки повышает температуру начала мартенситного превращения Мн. Если при постоянной температуре материал нагружать, то нагрузка вызывает превращение, которое имеет направленные характер и приводит к значительной деформации образца. Снятие нагрузки ведет к обратимому превращению и соответственно к устранению деформации. Деформация, связанная с превращением на 1-2 порядка больше обычной упругой деформации, составляет ~7 %, тк обычная упругая ~0,2%