Томский государственный университет, Томск, Россия

С. В. Гюнтер, старший научный сотрудник, канд. техн. наук
А. Н. Моногенов, старший научный сотрудник, канд. физ.-мат. наук
А. В. Ветрова, инженер-исследователь, аспирант, эл. почта: aniuta-vetrova@mail.ru
М. А. Ковалёва, лаборант, студент

Представлены результаты влияния размерного фактора на структуру и физико-механические свойства проволочных образцов сплавов на основе никелида титана. Анализ микроструктуры показал прямую зависимость прочностных свойств от средних размеров зерен. Показано, что с уменьшением диаметра проволоки от 3 до 0,04 мм средний размер зерна уменьшается от 3 до 0,085 мкм соответственно. Построены гистограммы распределения зерен по размерам в зависимости от диаметра проволоки из рассматриваемого сплава. Отношение объема оксидного слоя к общему объему проволоки с уменьшением диаметра образцов проволоки возрастает и его влияние усиливается. Размерный фактор не оказывает влияния на напряжение мартенситного сдвига. Методом рентгеноспектрального микроанализа элементного состава показано, что B2-фаза с уменьшением диаметра проволоки из сплава TiNi от 3 до 0,04 мм обедняется по титану, что приводит к увеличению предела текучести и, как следствие, к более высоким механическим характеристикам. Значения предела прочности на разрыв составили 670 и 1190 МПа для проволок диаметром 3 и 0,04 мм соответственно. В ходе сравнительного анализа микротвердости по Виккерсу установлено увеличение микротвердости (от 456 до 502 HV) в зависимости от диаметра проволочных образцов. Влияние размерного фактора на диссипативные потери при мартенситных превращениях сводится к уменьшению ширины петли гистерезиса при снижении диаметра проволоки из сплава на основе никелида титана.
Исследования структуры выполнены на оборудовании Томского регионального центра коллективного пользования Национального исследовательского Томского государственного университета. Центр поддержан грантом Министерства науки и высшего образование Российской Федерации № 075-15-2021-693 (№ 13.ЦКП.21.0012). 

Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда (РНФ), № 19-72-10105, https://rscf.ru/project/19-72-10105/.

1. Chernyshova A., Kolomiets L., Chekalkin T. et al. Fertilitysparing surgery using knitted TiNi mesh implants and sentinel lymph nodes: A 10-year experience // J. Investig. Surg. 2021. Vol. 34. P. 1110–1118.
2. Marandi L., Sen I. In-vitro mechanical behavior and high cycle fatigue characteristics of NiTi-based shape memory alloy wire // Int. J. Fatigue. 2021. Vol. 148. 106226.
3. Heller L., Seiner H., Šittner P., Sedlák P. et al. On the plastic deformation accompanying cyclic martensitic transformation in thermomechanically loaded NiTi // Int. J. Plast. 2018. Vol. 111. P. 53–71.
4. Chen X., Shen Y., Fu S., Yu D. et al. Size effects on uniaxial tension and multiaxial ratcheting of oligo-crystalline stainless steel thin wires // Int. J. Fatigue. 2018. Vol. 116. P. 163–171.
5. Gunther S., Chekalkin T., Kim Ji-soon et al. Impact of infrared on oxide layer of uitrathin TiNi-based alloy wire // Advanced Materials Letters. 2018. Vol. 9, Iss. 10. P. 715–720. DOI: 10.5185/amlett.2018.1821
6. Медицинские материалы и имплантаты с памятью формы. В 14 т. Имплантаты с памятью формы в хирургии. Т. 1 / под ред. В. Э. Гюнтера. — Томск, 2012. — 398 с.
7. Frost M., Jury A., Heller L., Sedlak P. Experimentally validated constitutive model for NiTi-based shape memory alloys featuring intermediate R-phase transformation: A case study of Ni48Ti49Fe3 // Materials and Design. 2021. Vol. 203. 109593. DOI: 10.1016/j.matdes.2021.109593
8. Муслов С. А. Упругие свойства металлов и сплавов перед мартенситным превращением // Международный научно-исследовательский журнал. 2019. № 2(80). С. 13–19. DOI: 10/23670/IRJ.2019.80.2.002
9. Моногенов А. Н., Подосельникова Т. В., Кульбакин Д. Е. и др. Прочностные и пластические свойства тонкой проволоки из никелида титана марки ТН-10 // Известия вузов. Физика 2014. Т. 57. № 6/2. С. 79–83.
10. Марченко Е., Ясенчук Ю., Ветрова А., Гюнтер С. Эффект размягчения при циклическом растяжении трикотажа из никелида титана // Механика композиционных материалов и конст рукций. 2021. № 27 (4). C. 459–481. DOI: 10.33113/mkmk.ras.2021.27.04.459_481.02
11. Waitz T., Antretter T., Fischer F. D., Karnthaler H. P. Size effects on martensitic phase transformations in nanocrystalline NiTi shape memory alloys // Material Science and Technology. 2008. Vol. 24. P. 934–940.
12. Khmelevskaya I., Prokoshkin S., Brailovski V., Inaekyan K. et al. Functional properties of Ti – Ni-based shape memory alloys // Advanced in Science and Technology. 2008. Vol. 59. P. 156–161.
13. Shi X., Cui L., Jiang D., Yu C. et al. Grain size effect on the R-phase transformation of nanocrystalline NiTi shape memory alloys // Journal of Material Science. 2014. Vol. 49. P. 4643–4647.
14. Gunderov D., Lukyanov A., Prokofiev E., Kilmametov A. et al. Mechanical properties and martensitic transformations in nanocrystalline Ti49.4Ni50.6 alloy produced by high-pressure torsion // Material Science and Engineering A. 2009. Vol. 503. P. 75–77.
15. Zhang X., Liu Q. Cu – Al – Ni – V high-temperature shape memory alloys // Intermetallics. 2018. Vol. 92. P. 108–112.