НОВЫЕ НЕРЖАВЕЮЩИЕ СПЛАВЫ: АКУСТИЧЕСКИЕ И РЕЗИСТИВНЫЕ СВОЙСТВА В ИНТЕРВАЛЕ ТЕМПЕРАТУР 5÷325 К

Семеренко Ю.A., Паль-Валь Л.Н., Скибина Л.В.

Фізико-технічний інститут низьких температур ім. Б. І. Вєркина

61103 Харків, ін. Леніна 47

e-mail: semerenko@ilt.kharkov.ua

В области температур 5¸325 K, изучены температурные зависимости декремента d, динамического модуля Юнга Е и электросопротивления r новых перспективных для криогенного, атомного и аэрокосмического машиностроения сплавов Fe_100-x-yCr_xMn_y (x=5; 10 и y=30; 35; 40). Содержание основных примесей: C, N, S, P < 0.1% и Si < 0.3%. Изучены образцы двух типов: 1) цилиндрические стержни, вырезанные из холоднотянутой проволоки диаметром ~ 1 мм; 2) прямоугольные стержни 3´3´25 мм и тонкие пластины 4´0.3´22 мм вырезанные из массивных холоднокатаных заготовок. Образцы имели структуру g-аустенита полученную отжигом в течение 1 часа при 1273K с последующей закалкой в воду. Акустические измерения были выполнены двумя резонансными методами: 1) методом двойного составного вибратора (частота продольных колебаний ~75кГц в амплитудно-независимой области ультразвуковой деформации e₀ ~ 10^-7); 2) методом изгибных колебаний с электростатическим возбуждением свободного образца на частоте ~3кГц. r измерялось стандартным четырехточечным методом при двух различных направлениях транспортного тока. Температура измерялась с точностью 50 мK, скорость термоциклирования ~ 1 K/мин.

Экспериментальные результаты можно разделить на две группы каждая из которых относится к образцам с фиксированным содержанием Cr: 5% и 10%, соответственно. В сплавах с 5% Cr на зависимостях d (T) наблюдается серия пиков P₁ (»20К), P₂ (»155K) и P₃ (»255K). С ростом концентрации Mn, высота пика P₁ уменьшается и он трансформируется в плато. Параметры пиков P₂ и P₃ изменяются незначительно и несистематически. В образцах с 10% Cr, на зависимостях d (T) также регистрируются пики внутреннего трения локализованные при T_P2 » 140К и T_P3 » 220К. Наибольшая высота пиков регистрируется в образцах с 40% Mn, а наименьшая – в образцах с 35% Mn. Природа этих пиков остается неизученной. Изученные сплавы характеризуются невысокими значениями d < 6×10^-4 и значительной величиной Е ~ 180 ГПа, который монотонно возрастает на 7% с уменьшением температуры от 325 до 5 K. Температурные зависимости Е (Т) могут быть описаны аналитическим выражениями в предположении аддитивного вклада электронной и фононной составляющей. Изменение концентрации Mn несистематически влияет на абсолютную величину Е и практически не изменяет форму зависимостей Е (Т). В проволочных образцах d в 2-3 раза выше, а Е на 5-10% меньше, чем в массивных образцах. Возможной причиной этих отличий могут быть различия в структуре проволочных и массивных образцов.

Изученные сплавы характеризуются значительным остаточным электросопротивлением r(T=0K) » 50 ¸ 70 mW·cм. В образцах с 5% Cr r возрастает систематически с ростом концентрации Mn. В сплавах с 10% Cr систематическое изменение r при изменении концентрации Mn и Fe не наблюдается.

Известно, что превращение g « e сопровождается скачком r и появлением пика поглощения. Температуры прямого и обратного превращения не совпадают, и на температурных зависимостях r (Т) и Е (Т) наблюдается гистерезисная петля. На полученных нами зависимостях подобные особенности отсутствуют, что свидетельствует о стабильности структуры изученных сплавов в исследованном интервале температур. Однако, наблюдаемый в сплавах с 10 % хрома несистематический характер изменения акустических и резистивных свойств может быть связан с незначительными включениями e-мартенситной фазы, сформировавшейся в процессе получения образца, наличие которой подтверждают рентгеноструктурные исследования.