Організаційна структура
ІНСТИТУТ МЕТАЛОФІЗИКИ НАНУ.
Назад

ІСТОРІЯ І НАУКОВА ДІЯЛЬНІСТЬ

Відділ створений в 1945 р. Керував ним академік АН УРСР Г. В. Курдюмов. З 1967 р відділ очолював д-р фіз.-мат. наук, проф. Л.Г. Хандрос, з 1985 р. відділом керує д-р техн. наук, проф., чл.-кор. НАН України Ю.М. Коваль.

Теоретично передбачено і експериментально встановлено (1948–1949 рр.) невідоме раніше явище термопружної рівноваги фаз при фазових перетвореннях мартенситного типу. Це явище полягає в утворенні пружних кристалів мартенситу, границі яких в інтервалі температур перетворення при зміні температури і (або) поля напружень переміщаються в бік мартенситної або вихідної фази з одночасною оборотною зміною геометричної форми зразків. Зазначене явище, виявлене Г.В. Курдюмовим і Л.Г. Хандросом, було зареєстровано в 1980 р. Державним комітетом СРСР у справах винаходів і відкриттів в якості відкриття № 239 і названо "ефектом Курдюмова".

Дослідження формування кристалів мартенситних фаз і відкрите явище докорінно змінили уявлення про перебудову кристалічної гратки вихідних фаз в мартенситні. Встановлено, що мартенситні перетворення, як і інші фазові перетворення, протікають шляхом утворення і росту кристалів нової фази, а швидкість їх зростання залежить не тільки від швидкості охолодження, але і від поля напружень у зразку. Ці дослідження стали експериментальною основою теорії мартенситних перетворень (Г.В. Курдюмов, Л.Г. Хандрос).

В області стабільності високотемпературної фази виявлено надпружну поведінку сплавів, що викликана утворенням кристалів мартенситу під дією напруг і їх зникненням при розвантаженні. Ці ефекти згодом отримали назву "пам'ять форми" і "надпружність" (Л.Г. Хандрос, І.А. Арбузова).

Показано, що тонка кристалічна структура (дефекти пакування, тонкі двійники) з'являється одночасно з утворенням мартенситного кристала. (Л.Г.Хандрос, В.А.Лободюк)

У циклі рентгенографічних досліджень, що проведені на монокристалічних зразках, розкрита природа надпружності і пам'яті форми, що проявляються в сплавах з термопружним мартенситом в різних температурних інтервалах. У ході цих досліджень виявлено ряд нових фаз (6R, 12R, 17R, 7R), що утворюються в поле зовнішніх напружень. (В.В. Мартинов, Л.Г. Хандрос).

Виявлено та вивчено ефект спонтанної деформації при мартенситних перетвореннях в процесі охолодження і подальшого відновлення форми при нагріванні (двостороння пам'ять). Встановлено, що часткова релаксація напружень збільшує, а зміцнення, викликане деформацією, старінням або легуванням, зменшує гистерезис мартенситного перетворення (Л.Г. Хандрос, П.В. Тітов, І.А. Арбузова, Ю.М. Коваль, В.В. Мартинов).

Виявлено, що при легуванні галієм сплавів мідь-олово відбувається зміна кінетики мартенситного перетворення з вибухової на ізотермічну (В.А. Лободюк, Т.Г. Сич).

Розглянуто питання про термопружну рівновагу фаз у системах з випадковими внутрішніми напруженнями. Показано, що питання про самоузгоджену рівновагу зводиться до вирішення нелінійного гістерезисного рівняння для ефективного поля, що визначає як мікроструктурні, так і макроструктурні характеристики гетерофазного стану. Запропоновано метод вирішення зазначених рівнянь (Ю.М. Коваль, О.А. Ліхачов).

Проведено теоретичне вивчення динамічних аспектів структурних перетворень мартенситного типу в рамках механіки та термодинаміки пружних суцільних середовищ. Отримані рівняння законів рухливості міжфазних границь (МФГ), що виникають при мартенситних перетвореннях, які розглядаються як самостійні об'єкти, що є рухомими джерелами пружного і теплового полів у кристалі, і одночасно відчувають з боку цих полів дію сил гальмування. Показано, що у разі мартенситної фази з двійниками рухливість МФГ вище, ніж у випадку мартенситу з дислокаціями (Ю.М.Коваль, А.Ю.Пасько).

Поблизу еквіатомного складу (TiNi) виявлена і вивчена зміна структурних і фазових станів: виникнення ближнього порядку по структурних вакансіях і перехід в дальній порядок з утворенням стабільної фази (Х-фаза, ГЦК, а = 1,58 нм) (В.І. Коломицев, В.А. Лободюк).

На підставі результатів дослідження впливу легування сплавів Ni–Ti на параметри мартенситного перетворення та ефект пам'яті форми розроблені фізичні основи легування і термомеханічної обробки цих сплавів для отримання заданих характеристик (Ю.М. Коваль, В.І. Коломицев, В.А. Лободюк, Г.С. Фірстов).

На прикладі сплавів Fe–Ni–Nb показано, що майже повний ефект пам'яті форми може мати місце в сплавах при відносно великому гістерезису і малої тетрагональності гратки мартенситу. Деформація частинок, що виділилися при відпалі, не є пружною, включає в себе зсувний і ротаційний компоненти і обумовлює високу ступінь відновлення форми (Ю.М. Коваль, Г.Є.Монастирський).

На підставі проведених робіт запропонована класифікація механізмів деформації та відновлення форми в сплавах з різним характером мартенситних перетворень. Сформульовано критерії, що визначають повне відновлення форми в процесі протікання зворотного мартенситного перетворення. (Ю.М.Коваль)

На фольгах функціональних складнолегованих сплавів системи Ti–Ni–Hf в інтервалі температур (Tg-склування–Tx-кристалізація) виявлено ефект надпластичності, величина якого досягає 60–70% деформації і має температурну і швидкісну (швидкість деформації) залежність (Ю.М. Коваль, В.І.Коломицев. А.Ю.Сезоненко).

Дано експериментальне та теоретичне обґрунтування ефекту магнітної пам'яті форми в анізотропних феромагнітних матеріалах. Теоретичний підхід базується на законах збереження енергії, концепції балансу магнітних рушійних і пінінгуючих сил на двійникових границях. Універсальні диференціальні співвідношення для пінінгуючих сил враховують появу гістерезису. Розроблено матеріали з магнітною пам'яттю форми, що демонструють гігантські (6–10%) магніто-індуковані деформації (О.А.Ліхачов).

Розроблено фізичні основи створення композитів з магнітною пам'яттю форми. Створені композити на основі NiMnGa мають досить високі механічні характеристики і демонструють магніто-індуковану деформацію до 3,6%, що на порядок вище, ніж у звичайних стрикційних матеріалах (О.А.Ліхачов).

Створено композитний матеріал на основі функціональних сплавів, який володіє низьким (близьким до інвару) коефіцієнтом термічного розширення в інтервалі температур -50–+100оС і високою електропровідністю (Ю.М.Коваль, Ю.В.Кудрявцєв, Л.М.Неганов).

Розроблено основні принципи нерівноважної термодинаміки і кінетики мартенситних перетворень в однорідних і градієнтних сплавах з ефектом пам'яті форми. Визначено фізичні основи для отримання функціональних градієнтних матеріалів. Отримано лабораторні зразки градієнтних функціональних матеріалів. Розроблено методики виготовлення термочутливих градієнтних елементів. (Ю.М.Коваль, О.А.Ліхачов, Л.М.Неганов)

Виявлена генерація сигналів термо ЕРС при протіканні МП. Причина появи сигналів ЕРС пов'язана з утворенням диференціальної термопари аустеніт–мартенсит–аустеніт. З використанням ефекту виникнення сигналів ЕРС вперше експериментально показано, що зворотне МП реалізується за тією ж самою кінетикою, що і пряме (Ю.М.Коваль, В.П.Головко).

Значні успіхи досягнуті у створенні фізичних основ розробки нових сплавів з високотемпературним (вище 300°С) ефектом пам'яті форми — квазібінарних інтерметалічних сполук міді та нікелю. Встановлено механізм мартенситного перетворення в квазібінарних з'єднаннях ZrCu з високотемпературним ефектом пам'яті форми: зростання температур МП забезпечується переважанням взаємодії Me–Me на фоні ослаблення 3d–4d гібридизації електронних станів мало- і багатоелектронних атомів і підкріплюється меншою, порівняно з аустенітом, щільністю мартенситних структур, яка при нагріванні додатково стабілізує мартенситні фази, завдяки вібраційної складової ентропії (Ю.М.Коваль, Г.С.Фірстов).

Нетермопружне МП у сполученнях Zr може супроводжуватися повним відновленням форми при ЕРС, причому така поведінка визначається механізмом МП, який включає пружну взаємодію аустеніту і двох мартенситних фаз, що утворюються і зникають специфічним нетермопружним шляхом (Ю.М.Коваль, Г.С.Фірстов).

Накопичення пластичної деформації при високотемпературному ЕРС вдається уникнути або шляхом ускладнення кристалографії МП, як це було показано в інтерметалічних сполуках Ni3Ta, або шляхом придушення дифузійних процесів, релаксації внутрішніх напружень при підвищенні температур плавлення сплавів з високотемпературним ефектом пам'яті форми (як це показано в сполуках HfIr) (Ю.М.Коваль, Г.С.Фірстов).

Дослідження впливу легування сріблом і танталом, а також технологічних факторів на структуру і властивості сплавів з пам'яттю форми на основі Ti–Ni дало можливість запропонувати сплав TiNiAgTa для медичних цілей (виготовлення розширювача жовчних проток) (Ю.М.Коваль, В.В.Односум, В.Н.Сліпченко).

Вперше показано, що високоентропійні матеріали зазнають мартенситного перетворення. Це мартенситне перетворення супроводжується ефектом пам’яті форми з повним її поверненням. Для високоентропійних інтерметалічних сполук типу АВ (А–TiZrHf, В–CoNiCu) встановлено, що структура аустеніту може бути віднесена до типу В2, а мартенситу — B19`. Твердорозчинне зміцнення такого високоентропійного матеріалу (більш ніж у двоє порівняно з TiNi) призводить до придушення процесів пластичної деформації шляхом ковзання дислокацій на користь деформації мартенситної (Ю.М.Коваль, Г.С.Фірстов).

Встановлено, що причиною структурної нестабільності мартенситного характеру у високоентропійних сполуках системи (TiZrHf)50(CoNiCu)50 є наявність двох типів міжатомної взаємодії типу А–В та В–В, де А–TiZrHf, В–CoNiCu (Ю.М.Коваль, Г.С.Фірстов).

У 1949 р. за роботи в галузі металознавства завідувачу відділу Г.В. Курдюмову присуджена Державна премія СРСР.

У 1984 р. за цикл робіт "Фізична природа термопружної рівноваги фаз, надпружність і пам'ять форми при мартенситних перетвореннях" співробітникам відділу Г.В. Курдюмову, Л.Г. Хандросу, І.А. Арбузовій, Ю.М. Ковалю, В.А. Лободюку, В.В. Мартинову, П.В. Титову, В.І. Коломицеву присуджена Державна премія УРСР.

Співробітники відділу фазових перетворень активно і з успіхом протягом десятків років представляють свої наукові результати на профільних міжнародних конференціях таких як ICOMAT, ЕSOMAT і SMST. Більш того, в 1977 р. саме відділ фазових перетворень виступив ініціатором організації міжнародних конференцій з мартенситних перетворень "ICOMAT", перша з яких пройшла в Києві. З цього часу конференції "ICOMAT" проводяться один раз на три роки в різних країнах світу і стали найавторитетнішою конференцією з мартенситних перетворень. Міжнародне визнання наукових досягнень відділу показує той факт, що з 1977 р. по 1986 р. постійним членом Міжнародного Організаційного Комітету "ICOMAT" від України був професор Л.Г.Хандрос, з 1986 р. — член-кор. НАН України Ю.М.Коваль (з 2004 року він залишається почесним членом Оргкомітету), а з 2004 р. його на цій посаді замінив д.ф.-м.н. Г.С.Фірстов. У 2015 р. д.ф.-м.н. Г.С.Фірстова було обрано у склад Міжнародного Організаційного Комітету Європейського симпозіуму по мартенситним перетворенням "ESOMAT".

Співробітниками відділу видані довідник (О.М.Барабаш, Ю.Н.Коваль «Кристаллическая структура металлов и сплавов», К., 1986, "Наукова думка", 598 с.) і чотири монографії (В.А.Лободюк, Э.И.Эстрин «Мартенситные превращения», 2009, М., Физматлит, с.351; Ю.Н.Коваль, В.А.Лободюк «Деформационные и релаксационные явления при превращениях мартенситного типа», 2010, Киев, Наукова Думка,  с.350; В.В. Козирський, В.В. Каплун, І.П. Радько, С. П. Коханівський, О.А. Ліхачов, Г.С. Фірстов «Методи, технології та технічні засоби підвищення надійності електротехнічного обладнання на основі функціональних матеріалів», Київ, КНУТД, 2012, 447 с.), V.A. Lobodyuk, E.I. Estrin «Martensitic transformations» England, Cambridge International Science Publishing, (CISP), 8.2014 (Р.380), двом першим в 2013 році була присуджена премія НАН України ім. В.І.Трефілова.