A study of structure of metastable Cu–Zn alloys with shape memory effect

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Methods of transmission and scanning electron microscopy are used to study premartenstic states and their relation to martensitic transformations in the alloys Cu–38 wt% Zn and Cu–39.5 wt% Zn with shape memory effect. Analysis of the observed diffusion scattering of electrons is carried out, including in situ experiments at heating and cooling and the defect condition of the internal substructure of austenite and martensite. The crystallographic models of martensitic transitions β2 →β2′, β2 →β2′′, and β2 →γ2′ are proposed based on the crystallographic data obtained in the premartensitic state.

Full Text

Restricted Access

About the authors

A. E. Svirid

Mikheev Institute of Metal Physics, Ural Branch, Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: svirid@imp.uran.ru
Russian Federation, Ekaterinburg, 620108

N. N. Kuranova

Mikheev Institute of Metal Physics, Ural Branch, Russian Academy of Sciences

Email: svirid@imp.uran.ru
Russian Federation, Ekaterinburg, 620108

V. G. Pushin

Mikheev Institute of Metal Physics, Ural Branch, Russian Academy of Sciences

Email: svirid@imp.uran.ru
Russian Federation, Ekaterinburg, 620108

S. V. Afanas’ev

Mikheev Institute of Metal Physics, Ural Branch, Russian Academy of Sciences

Email: svirid@imp.uran.ru
Russian Federation, Ekaterinburg, 620108

References

  1. Perkins J. Ed. Shape Memory Effects in Alloys. Plenum. London: UK, 1975. 583 p.
  2. Варлимонт Х., Дилей Л. Мартенситные превращения в сплавах на основе меди, серебра и золота. М.: Наука, 1980. 205 с.
  3. Ооцука К., Симидзу К., Судзуки Ю., Сэкигути Ю., Тадаки Ц., Хомма Т., Миядзаки С. Сплавы с эффектом памяти формы. М.: Металлургия, 1990. 224 с.
  4. Duering T.W., Melton K.L., Stockel D., Wayman C.M. (Eds.) Engineering Aspects of Shape Memory Alloys. Butterworth-Heineman: London, UK, 1990. 512 p.
  5. Хачин В.Н., Пушин В.Г., Кондратьев В.В. Никелид титана: Структура и свойства. Москва: Наука, 1992. 160 с.
  6. Пушин В.Г., Кондратьев В.В., Хачин В.Н. Предпереходные явления и мартенситные превращения. Екатеринбург: УрО РАН, 1998. 368 с.
  7. Лободюк В.А., Коваль Ю.Н., Пушин В.Г. Кристаллоструктурные особенности предпереходных явлений и термоупругих мартенситных превращений в сплавах цветных металлов // ФММ. 2011. Т. 111. № 2. С. 169–194.
  8. Bonnot E., Romero R., Mañosa L., Vives E., Planes A. Elastocaloric effect associated with the martensitic transition in shape-memory alloys // Phys. Rev. Lett. 2008. V. 100. P. 125901.
  9. Planes A., Mañosa L., Acet M. Magnetocaloric effect and its relation to shapememory properties in ferromagnetic Heusler alloys // J. Phys. Condensed Matter. 2009. V. 21. P. 233201.
  10. Cui J., Wu Y., Muehlbauer J., Hwang Y., Radermacher R., Fackler S., Wuttig M., Takeuchi I. Demonstration of high efficiency elastocaloric cooling with large δT using NiTi wires // Appl. Phys. Lett. 2012. V. 101. P. 073904.
  11. Mañosa L., Jarque-Farnos S., Vives E., Planes A. Large temperature span and giant refrigerant capacity in elastocaloric Cu–Zn–Al shape memory alloys // Appl. Phys. Lett. 2013. V. 103. P. 211904.
  12. Волков А.Е., Иночкина И.В. Модель обратимой памяти формы мартенситного типа в материалах с термоупругим превращением // Вестник ТГУ. 1998. Т. 3. С. 231–233.
  13. Razumov I., Gornostyrev Yu. Role of magnetism in lattice instability and martensitic transformation of Heusler alloys // Metals. 2023. V. 13. P. 843.
  14. Dasgupta R. A look into Сu-based shape memory alloys: Present Scenario and future prospects // J. Mater. Res. 2014. V. 29. № 16. P. 1681–1698.
  15. Pushin V., Kuranova N., Marchenkova E., Pushin A. Designand Development of Ti–Ni, Ni–Mn–Ga and Cu–Al–Ni-based Alloys with High and Low Temperature Shape Memory Effects // Materials. 2019. V. 12. P. 2616–2640.
  16. Лукьянов А.В., Пушин В.Г., Куранова Н.Н., Свирид А.Э., Уксусников А.Н., Устюгов Ю.М., Гундеров Д.В. Влияние термомеханической обработки на структурно-фазовые превращения в сплаве Cu-14Al-3Ni с эффектом памяти формы, подвергнутом кручению под высоким давлением // ФММ. 2018. Т. 119. № 4. С. 393–401.
  17. Свирид А.Э., Лукьянов А.В., Пушин В.Г., Белослудцева Е.С., Куранова Н.Н., Пушин А.В. Влияние температуры изотермической осадки на структуру и свойства сплава Cu-14 мас.% Al-4 мас.% Ni с эффектом памяти формы // ФММ. 2019. Т. 120. С. 1257–1263.
  18. Свирид А.Э., Пушин В.Г., Куранова Н.Н., Белослудцева Е.С., Пушин А.В., Лукьянов А.В. Эффект пластификации сплава Cu-14Al-4Ni с эффектом памяти формы при высокотемпературной изотермической осадки // Письма в ЖТФ. 2020. Т. 46. C. 19–22.
  19. Свирид А.Э., Лукьянов А.В., Пушин В.Г., Куранова Н.Н., Макаров В.В., Пушин А.В., Уксусников А.Н. Применение изотермической осадки для мегапластической деформации beta-сплавов Cu–Al–Ni // ЖТФ. 2020. Т. 90. С. 1088–1094.
  20. Пушин В.Г., Куранова Н.Н., Макаров В.В., Свирид А.Э., Уксусников А.Н. Электронно-микроскопическое исследование метастабильных сплавов на основе Cu–Al–Ni с эффектом памяти формы // ФММ. 2021. Т. 122. С. 1196–1204.
  21. Pushin V.G., Kuranova N.N., Svirid A.E., Uksusnikov A.N., Ustyugov Y.M. Design and Development of High-Strength and Ductile Ternary and Multicomponent Eutectoid Cu-Based Shape Memory Alloys: Problems and Perspectives // Metals. 2022. V. 12. P. 1289 (32 pages).
  22. Sedlak P., Seiner H., Landa M., Novák V., Šittner P., Manosa L.I. Elastic Constants of bcc Austenite and 2H Orthorhombic Martensite in CuAlNi Shape Memory Alloy // Acta Mater. 2005. V. 53. P. 3643–3661.
  23. Hornbogen E. The effect of variables on martensitic transformation temperatures // Acta Met. 1985. V. 33. № 4. P. 595–601.
  24. Otsuka K., Wayman C.M., Kubo H. Diffuse Electron Scattering in β–phase alloys // Met. Trans. A. 1978. V. 9A. P. 1075–1085.
  25. Глезер А.М., Молотилов Б.В. Упорядочение и деформация сплавов железа. М.: Металлургия, 1984. 168 c.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. OM (a), SEM (b), TEM images (bright- (d) and dark-field in the superstructure reflection 001B2 (c)) of the microstructure and microelectron diffraction patterns (with the zone axis (z.) [110]B2 (d) and [331]B2 (e)) of Cu–39.5Zn (a, c, d) and Cu–38Zn (b, d, e) alloys after quenching from 800°C for 30 min. The structure was studied at CT.

Download (77KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Bright-field TEM images of tweed contrast (a, b) and the corresponding microelectron diffraction pattern ((c) — o.z. [100]B2) of the two-phase (β2+3R)-alloy Cu–38Zn at RT.

Download (31KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Bright-field TEM images of tweed contrast (a, b) and corresponding microelectron diffraction patterns ((c) — [111]B2 RC and (d) — [110]B2 RC) of single-phase β2-alloy Cu–39.5Zn at RT.

Download (44KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Bright-field TEM images of tweed contrast (a, b) and corresponding microelectron diffraction patterns ((c) — o.z. [711]B2 and (d) — o.z. [311]B2) of single-phase β2-alloy Cu–39.5Zn at –100°C.

Download (49KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Spectra of atomic displacement waves in the form of flat cross sections (001)*, (110)*, and (111)* of the reciprocal k-space (a) and in the vicinity of the reciprocal lattice nodes in the (001)* and (110)* planes (b, c). The ek projections for k waves of increased amplitude and, consequently, more intense diffuse scattering are shown by dots, arrows, or dashes.

Download (22KB)
Indexing metadata
7. Fig. 6. Schemes of shuffling displacements providing transformations of the cubic lattice B2 according to the PSS-I (a) and PSS-II (b) types in Cu–Zn alloys.

Download (14KB)
Indexing metadata
8. Fig. 7. Intensity profiles during scanning of diffuse scattering along non-radial strands with satellites of the 1/6 <110>*, 1/3 <110>*, 1/2 <110>* type in microelectron diffraction patterns with the [100]B2 Cu–38Zn (a) and the [111]B2 Cu–39.5Zn alloy (b). Solid thin black lines represent intensity profiles, solid bold lines represent profiles calculated using the Gaussian function, dashed lines represent calculated profiles for satellites of the 1/6 <110>*, 1/3 <110>*, 1/2 <110>* type.

Download (54KB)
Indexing metadata
9. Fig. 8. Light- (a, c) and dark-field (b) images of the microstructure of twinned β2′ (3R) (a, b) and long-period β2″ (9R) (c, d) martensite in the 3R reflection of the twin (with the [010]3R R.C. close to [111]B2) and the corresponding electron diffraction patterns ((b) — in the inset, (d) — with the [010]2H R.C. close to [111]B2) of the Cu–38Zn alloy.

Download (29KB)
Indexing metadata
10. Fig. 9. Light- (a, c) and dark-field (b) TEM images of the microstructure of orthorhombic β2″(9R) (a, b, d, d) and hexagonal γ2′(2H) martensite (c, e) and the corresponding electron diffraction patterns (with R.E. [010]9R (d, e), close to [111]B2, and R.E. [010]2H (e)) of the Cu–39.5Zn alloy. Observations at a temperature of –150°C.

Download (64KB)
Indexing metadata
11. Fig. 10. Schemes of the restructuring of the crystal lattice of the B2→3R (ABC), B2→9R (a) and B2→2H (AB) martensite (b) types in Cu–Zn alloys.

Download (16KB)
Indexing metadata


Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».