Microstructure evolution and its influence on martensitic transformation in Ni-Mn-Sn alloys

• Autorzy: Czaja P. , Maziarz W. , Dutkiewicz J.

Warianty tytułu

PL

Ewolucja mikrostruktury i jej wplyw na przemianę martenzytyczną w stopach Ni-Mn-Sn

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The work reports on the investigation into the microstructural changes and their impact on the phase transition of the Ni48Mn39.5Sn12.5 Heusler magnetic shape memory alloy produced by means of conventional metallurgy and subsequently processed by melt spinning technique to obtain ribbons. The properties of the alloy are studied in its bulk form and in the form of ribbons. The SEM studies has shown that the solidified alloy features three areas differing with respect to Mn/Sn ratio. The light microscopy observation of the as cast, homogenized and water quenched bulk samples has shown that the martensitic phase tends to nucleate within the inner area of the grains, unlike in the case of ribbons where it was chiefly witnessed on the grain boundaries. The same technique was also used to study the cross section of melt spun ribbons. It has been demonstrated that the ribbons posses nonuniform microstructure. XRD analysis led to the identification ofphases present in the studied materials subjected to different treatment. It has been shown that the ribbons contain primarily austenite ofthe L21 Heusler structure. The same phase has been found to coexist with the martensite in the as cast and homogenized bulk samples, whereas predominantly the martensite phase has been found in water quenched bulk samples. DSC studies proved that both the ribbons and bulks undergo martensitic and reverse transformation but the temperature onset of the transition is lower in the case of ribbons what is associated with the grain size reduction. TEM studies has corroborated the initial XRD results. They have shown that the austenite is of the typical for this alloys Heusler type structure and the martensite has been determined as the l0M martensite with the (3 2) modulation according to Zhdanov notation.

PL

Praca przedstawia wyniki badań zmian mikrostruktury i ich wpływu na przemianę fazową magnetycznego stopu Heuslera o nominalnym składzie Ni48Mn39.5Sn12.5 uzyskanego w formie litej za pomocą konwencjonalnej meta- lurgii oraz w formie taśm odlanych metodą odlewnia na wirujący walec. Wyniki analizy za pomocą skaningowego mikroskopu elektronowego pokazują, że w skrystalizowanym stopie można wyodrębnić trzy obszary różniące się między sobą proporcją stężenia Mn/Sn. Obserwacje próbek litych stopu po obróbce cieplnej i przesyceniu wykazały obecność igieł martenzytu w obrębie ziaren, inaczej niż w przypadku taśm, w których martenzyt stwierdzono na granicach ziaren. Mikroskopia świetlna posłużyła także do obserwacji przekrojów poprzecznych taśm. Stwierdzono, że charakteryzują się one niejednorodną mikrostrukturą. Za pomocą dyfrakcji rentgenowskiej dokonano identyfikacji faz występujących w poszczególnych rodzajach badanego materiału. Stwierdzono, że w taśmach przeważa faza austenityczna o strukturze Heuslera typu L21. Ta sama faza współwystępuje z fazą martenzytyczną w stopie w stanie po odlaniu i po obróbce cieplnej, podczas gdy w próbkach litych w stanie po ujednorodnieniu i przesyceniu dominuje martenzyt. Analiza za pomocą skaningowej kalorymetrii różnicowej potwierdziła zachodzenie przemiany martenzytycznej i odwrotnej do niej w taśmach i w próbkach litych, z tym że temperatura początku przemiany była niższa dla taśm. Jest to związane ze zmniejszeniem się wielkości ziarna wskutek odlewnia na wirujący walec. Analiza za pomocą transmisyjnej mikroskopii elektronowej potwierdziła, że austenit cechuje się strukturą typu L21, podczas gdy martenzyt wykazuje uporządkowanie właściwe dla martenzytu typu 10M o modulacji (3 2) według notacji Zhdanova.

Słowa kluczowe

EN

magnetic shape memory alloy; martensitic transformation; melt-spun ribbons; SEM; TEM

PL

magnetyczne stopy z pamięcią kształtu; przemiana martenzytyczna; taśmy; SEM; TEM

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2013
• Tom: Vol. 34, nr 3
• Strony: 149--152
• Opis fizyczny: Bibliogr. 15 poz., rys.

Twórcy

autor

Czaja P.

• Aleksander Krupkowski Institute of Metallurgy and Materials Science, Polish Academy of Sciences, Kraków

autor

Maziarz W.

• Aleksander Krupkowski Institute of Metallurgy and Materials Science, Polish Academy of Sciences, Kraków

autor

Dutkiewicz J.

• Aleksander Krupkowski Institute of Metallurgy and Materials Science, Polish Academy of Sciences, Kraków

Bibliografia

• [1] Kainuma R., lmano Y., lto W., Sutou Y., Morito H., Okamoto S., Kitakami O., Oikawa K., Fujita A., Kanomata T., lshida K.: Magnetic field induced shape recovery by reverse transformation. Nature Letters 439 (2006) 957÷960.
• [2] Manosa L., Moya X., Planes A., Krenke T., Acet M., Wassermann E. F.: Ni-Mn-based magnetic shape memory alloys: Magnetic properties and martensitic transition. Materials Science and Engineering A 481- 482 (2008) 49÷56.
• [3] Vassiliev A.: Magnetically driven shape memory alloys. Journal of Magnetism and Magnetic Materials 242-245 (2002) 66÷67.
• [4] Krenke T., Acet M., Wassermann E. F., Moya X., Manosa L., Planes A.: Martensitic transitions and the nature of ferromagnetism in the austenitic and martensitic states of Ni-Mn-Sn alloys. Physical Review B 72 (2005) 014412÷9.
• [5] Pons J., Cesari E., Segui C., Masdeu F., Santamarta R.: Ferromagnetic shape memory alloys: Altematives to Ni-Mn-Ga. Materials Science and Engineering A 481-482 (2008) 57÷65.
• [6] Sutou Y., lmano Y., Koeda N., Omori T., Kainuma R., lshida K., Oikawa K.: Magnetic and martensitic transformations of NiMnX(X = In, Sn, Sb) ferromagnetic shape memory alloys. Applied Physics Letters 85 (2004) 4358÷4360.
• [7] Santos J. D., Sanchez T., Alvarez P., Sanchez M. L., Sanchez Lamazares J. L., Hemando B., Escoda L., Sunol J. J., Varga R.: Microstructure and magnetic properties of Ni50Mn37Sn13 Heusler alloy ribbons. Journal of Applied Physics 103 (2008) 07B3261÷3.
• [8] Zheng H., Wu D., Zhai S. X. Q., Frenzel J., Eggeler G., Zhai Q.: Martensitic transformation in rapidly solidified Heusler Ni49Mn39Sn12 ribbons. Acta Materialia 59 (2011) 5692÷5699.
• [9] Krenke T., Moya X., Aksoy S., Acet M., Entel P., Manosa L., Planes A., Elerman Y., Yucel A., Wassermann E. F.: Electronic aspects of the martensitic transition in Ni-Mn based Heusler alloys. Journal of Magnetism and Magnetic Materials 310 (2007) 2788÷2789.
• [10] Maziarz W., Czaja P., Faryna M., Czeppe T., Góral A., Dutkiewicz J.: Structure and martensitic transformation in Al substituted NiMnSn alloy ribbons. Solid State Phenomena - in print.
• [11] Maziarz W., Czaja P., Czeppe T., Góral A., Dutkiewicz J.: Structure and martensitic transformation in Ni44Mn43,5Sn12.5-xAlx Heusler alloys - in print.
• [12] Maziarz W.: SEM and TEM studies of magnetic shape memory NiCoMnIn melt spun ribbons. Solid State Phenomena 186 (2012) 251÷254.
• [13] Seki K., Kura Hi., Sato T., Taniyama T.: Size dependence of martensite transformation temperature in ferromagnetic shape memory alloy FePd. Journal of Applied Physics 103 (2008) 063910.
• [14] Waitz. T.: Bulk nanostructured shape memory alloys. Ciencia e Technologia dos Materiais 20 (2008) 25÷29.
• [15] Waitz T., Pranger W., Antretter T., Fischer F. D., Kamthaler H. P.: Competing accommodation mechanisms of the martensite in nanocrystalline NiTi shape memory alloys. Materials Science and Engineering A 481-482 (2008) 479÷483.