Сравнительное исследование сплавов на основе бинарного эквиатомного сплава Ni50Mn50, легированного 10 ат.% Ti
DOI:
https://doi.org/10.54708/26587572_2026_822567Ключевые слова:
мартенсит, сплавы с эффектом памяти формы, Ni50Mn40Ti10, Ni50Mn50Ti10, микротвердость, фазовые превращенияАннотация
Изучению сплавов на основе системы Ni2MnMe посвящено огромное количество исследований, поскольку в них реализуется термоупругое мартенситное превращение (ТМП), которое обеспечивает эффект памяти формы, в том числе и магнитоуправляемый. В зависимости от легирования в данной группе сплавов можно регулировать температуру МП. В последние десятилетия начали изучаться сплавы на основе системы Mn2NiMe, особенно легированные титаном. Однако исследования сплавов этой группы на данный момент проведены в недостаточном количестве. В работе исследовано влияние легирования 10 ат.% титана на бинарный сплав эквиатомного состава Ni50Mn50 с замещением марганца в одном составе и с замещением никеля – в другом. Установлено, что и в том и в другом случае понижаются температуры МП. Для сплава Ni50Mn40Ti10 Ms = 510 К, а для сплава Ni50Mn40Ti10 Ms = 420 К. Изменение микротвердости не коррелирует с изменением температуры МП. В первом случае она незначительно повышается, а во втором уменьшается практически в 2 раза. Методом рентгеноструктурного фазового анализа (РСФА) установлено, что в первом сплаве наблюдается только орторомбический 10М-мартенсит, а во втором моноклинный 10М-мартенсит и вторая фаза с гексагональной кристаллической решеткой. На изображениях микроструктуры, полученных методом сканирующей электронной микроскопии (СЭМ), представлена зеренная структура с пакетами мартенситных пластин. В сплаве Ni50Mn40Ti10 дополнительно наблюдаются зерна без мартенсита. В них наблюдаются дендритоподобные выделения.Библиографические ссылки
Yang W.S., Mikkola D.E. Shape memory behavior and mechanical properties of NiMn and Ni(Mn,X) alloys // Materials Research Society Symposium – Proceedings. 246, 135–140 (1992). DOI: 10.1557/PROC-246-135.
Inoue T., Morito S., Murakami Y., Oda K., Otsuka K. New martensite structures and composition dependence of martensitic transformations in Ni50AlxMn50-x alloys // Materials Letters. 19, 33–37 (1994). DOI: 10.1016/0167-577x(94)90101-5.
Potapov P.L., Polyakova N.A., Udovenko V.A., Svistunova E.L. The martensitic structure and shapememory effect in NiMn alloyed by Ti and Al // Zeitschrift fur Metallkunde. 87(1), 33–39 (1996). DOI: 10.1515/ijmr-1996-870105.
Morito S., Otsuka K. Electron microscopy of new martensites with long period stacking order structures in Ni50AlxMn50-x alloys I. Structures and morphologies // Materials Science and Engineering. 208, 47–55 (1996). DOI: 10.1016/0921-5093(95)10051-2.
Schryvers D., Lahjouji D.E., Slootmaekers B., Potapov P.L. HREM investigation of martensite precursor effects and stacking sequences in Ni-Mn-Ti alloys // Scripta Materialia, 35(10), 1235–1241 (1996).
Schryvers D. Electron microscopy studies of martensite microstructures // Journal of Physics. IV, 7, 109–118 (1997). DOI: 10.1051/jp4:1997517.
Lee K.K., Potapov P.L., Song S.Y., Shin M.C. Shape memory effect in NiAl and NiMn based alloys // Scripta Materialia, 36(2), 207–212 (1997). DOI: 10.1016/S1359-6462(96)00363-6.
Manosa L., Planes A., Acet M., et al. Magnetic properties and martensitic transitions in annealed Ni50Mn30Al20 // Journal of Applied Physics. 93(10), 8498–8500 (2003). DOI:10.1063/1.1555977.
Alvarez K., Kim H.Y., Miyazaki S. Effect of alloying elements on microstructure, martensitic transformation and mechanical properties of Ni-Mn based alloys // Journal of Material Science and Technology. 25(5), 649–654 (2009).
Belosludtseva E.S., Kuranova N.N., Kourov N.I., et al. The influence of aluminum alloying on the structure, phase composition and thermo-elastic martensitic transformations in ternary Ni-Mn-Al alloys // Zhurnal Tehnicheskoi Fiziki. 85(9), 55–59 (2015). (In Russian) [Белослудцева Е.С., Куранова Н.Н., Коуров Н.И. и др. Влияние легирования алюминием на структуру, фазовый состав и термоупругие мартенситные превращения в тройных сплавах Ni-Mn-Al // Журнал технической физики, 85(9), 55–59 (2015)]. DOI: 10.1134/S1063784215070075.
Belosludtseva E.S., Kuranova N.N., Kourov N.I., et al. Effect of titanium alloying on the structure, the phase composition, and the thermoelastic martensitic transformations in ternary Ni–Mn–Ti alloys // Zhurnal Tehnicheskoi Fiziki, 69(9), 1330–1334 (2015). (In Russian) [Белослудцева Е.С., Куранова Н.Н., Коуров Н.И. и др. Влияние легирования титаном на структуру, фазовый состав и термоупругие мартенситные превращения в тройных сплавах Ni–Mn–Ti // Журнал технической физики. 85, 71–76 (2015)].
Zhang Ch., Zhang Yu., Esling C., et al. Crystallographic features of the martensitic transformation and their impact on variant organization in the intermetallic compound Ni50Mn38Sb12 studied by SEM/EBSD // IUCrJ. 4, 700–709 (2017). DOI: 10.1107/S2052252517011332.
Pushin V.G., Marchenkova E.B., Korolev A.V., et al. Magnetically controlled thermoelastic martensite transformations and properties of a fine-grained Ni54Mn21Ga25 alloy // Physics of the Solid State, 59(7), 1321–1331 (2017). (In Russian) [Пушин В.Г., Марченкова Е.Б., Королев А.В. и др. Магнитоуправляемые термоупругие мартенситные превращения и свойства мелкозернистого сплава Ni54Mn21Ga25 // Физика твердого тела. 59(7), 1297–1307 (2017)]. DOI: 10.21883/FTT.2017.07.44591.396.
Pushin V.G., Belosludtseva E.S., Marchenkova E.B. Multicomponent metallic ni–mn-based alloys with thermally, mechanically, and magnetically controlled shape memory effects // FMM. 119(12), 1191–1195 (2018). (In Russian) [Пушин В.Г., Белослудцева Е.С., Марченкова Е.Б. Многокомпонентные интерметаллические сплавы на основе Ni-Mn с термо-, механо- и магнитоуправляемыми эффектами памяти формы // ФММ, 119(12), 1255–1259 (2018)]. DOI: 10.1134/S0015323018120161.
Belosludtseva E.S., Marchenkova E.B., Pushin A.V., et al. Peculiarities of structure and phase composition of ternary NiMn–NiTi alloys with a quasibinary cross-section // Russian Physics Journal, 61(12), 2258—2263(2019). (In Russian) [Белослудцева Е.С., Марченкова Е.Б., Пушин А.В. и др. Особенности структуры и фазового состава тройных сплавов квазибинарного разреза NiMn–NiTi // Известия высших учебных заведений. Физика, 61(12), 103–108 (2019).] DOI: 10.1007/s11182-019-01664-5.
Okulov A.V., Belosludtseva E.S., Kuranova N.N., et al. Multicomponent alloys with thermally, mechanically and magnetically controlled shape memory effects // Journal of Physics: Conference Series, 1389, 12098–12105 (2019). (In Russian) [Окулов А.В., Белослудцева Е.С., Куранова Н.Н. и др. Многокомпонентные сплавы с термически, механически и магнитно контролируемыми эффектами памяти формы // Журнал физики: Серия конференций, 1389, 12098–12105 (2019)]. DOI: 10.1088/1742-6596/1389/1/012098.
Belosludtseva E.S., Pushin A.V., Svirid A.E., et al. Microstructure and properties of alloys with shape memory effects based on ni-mn intermetallide doped with Ti, Al, Ga and Fe // Bulletin of Perm National Research Polytechnic University. Mechanical Engineering, Materials Science. 21(3), 33–41 (2019). (In Russian) [Белослудцева Е.С., Пушин А.В., Свирид А.Э. и др. Микроструктура и свойства сплавов с эффектами памяти формы на основе интерметаллида Ni–Mn, легированных Ti, Al, Ga и Fe // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Машиностроение, материаловедение, 21(3), 33–41 (2019)]. DOI: 10.15593/2224-9877/2019.3.04.
Ma S., Zhang X., Zheng G., et al. Toughening of Ni-Mn-based polycrystalline ferromagnetic shape memory alloys // Materials. 16, 5725 (2023). DOI: 10.3390/ma1616572.
Markova G.V. Twin structure in Mn-Ni-Ti intermetallic alloys with a thermoelastic martensitic transformation // Metal Science and Heat Treatment. 40(3–4), 148–151 (1998). DOI: 10.1007/bf02471770.
Wei Z. Y., Liu E. K., Li Y., et al. Magnetostructural martensitic transformations with large volume changes and magneto-strains in all-d-metal Heusler alloys // Applied Physics Letters. 109, 071904 (2016). DOI: 10.1063/1.4961382.
Sokolovskiy V.V., Buchelnikov V.D., Cong D. Magnetic and structural properties of all-d metal Mn-Ni-Ti Heusler alloys // Bulletin of the South Ural State University. Mathematics. Mechanics. Physics. 16(2), 78–85 (2024). (In Russian) [Соколовский В.В., Бучельников В.Д., Конг Д. Магнитные и структурные свойства всех d-металлических сплавов Гейслера Mn-Ni-Ti // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Математика. Механика. Физика. 16(2), 78–85 (2024)]. DOI: 10.14529/mmph240208.
Zhang G., Wang Y., Liu C., et al. Stable long-term elastocaloric effect in Si doped Ni-Mn-Ti polycrystalline alloys with a textured dual-phase microstructure // Acta Materialia, 301, 121541 (2025). DOI: 10.1016/j.actamat.2025.121541.
Wei Z.Y., Sun W., Shen Q., et al. Elastocaloric effect of all-d-metal Heusler NiMnTi(Co) magnetic shape memory alloys by digital image correlation and infrared thermography // Applied Physics Letters. 114, 101903 (2019). DOI: 10.1063/1.5077076.
Liu G.D., Chen J.L., Liu Z.H., et al. Martensitic transformation and shape memory effect in aferromagnetic shape memory alloy: Mn2NiGa // Applied Physics Letters. 87, 262504 (2005). DOI: 10.1063/1.2158507.
Xuan H.C., Ma S.C., Cao Q.Q., Wang D.H., Du Y. Martensitic transformation and magnetic properties in high-Mn content Mn50Ni50−xInx ferromagnetic shape memory alloys // Journal of Alloys and Compounds. 509, 5761–5764 (2011). DOI: 10.1016/j.jallcom.2011.01.073.
Ma L., Wang S.Q., Li Y.Z., et al. Martensitic and magnetic transformation in Mn50Ni50−xSnx ferromagnetic shape memory alloys // Journal of Applied Physics. 112, 083902 (2012). DOI: 10.1063/1.4758180.
Zhao R.B., Zhao D.W., Li G.K., et al. Anomalous magnetic configuration of Mn2NiAl ribbon and the role of hybridization in the martensitic transformation of Mn50Ni50−xAlx ribbons // Applied Physics Letters. 105, 232404 (2014). DOI: 10.1063/1.4903750.
