功能材料论文形状记忆合金

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1、Ti-Ni形状记忆合金的制备、性能及应用摘要：Ti-Ni形状记忆合金是现代一种性能优良的新型功能材料，本文主要介绍了其简介、制备方法、主要性能和主要的应用及发展前景。形状记忆合金的发展背景：在研究Ti-Ni合金时发现：原来弯曲的合金丝被拉直后，当温度升高到一定值时，它有恢复到原来弯曲的形状。人们把这种现象称为形状记忆效应（ShapeMemoryEffect）简称SME,具有形状记忆效应的金属称为形状记忆合金（SMA）。形状记忆现象的发现可以追溯到1932年，美国在研究Al-Cd合金时观察到马氏体随温度变化而消长；1938年美国哈佛大学和麻省理工学院发现Cu-Sn，Cu-Zn，合金在马氏

2、体相变中的形状记忆效应；同年前苏联对Cu-Al-Ni，Cu-Sn合金的形状记忆机理进行了研究；1951-1953年，美国分别在Au-Cd，In-Ti，合金中观察到形状记忆效应。知道60年代初，形状记忆效应制备看作是一种现象，Ti-Ni合金形状记忆效应发现后，美国研制了最初实用的形状记忆合金“Nitinol”。形状记忆合金SMA(ShapeMemoryAlloy)是指具有一定的初始形状，经形变并固定成另一种形状后，通过热、光、电等物理刺激或者化学刺激处理又可以恢复其初始形状的一种新型金属功能材料。由于这种合金具有独特的形状记忆效应和超弹性效应，可以制作小巧玲珑、高自动化、性能可靠的元器件

3、，目前已被广泛应用于电子仪器、汽车工业、医疗器械空间技术、能源开发等领域。形状记忆效应：形状记忆效应有三种形式。第一种称为单向状，再重新加热到As以上，马氏体发生逆转变，温度升高至Af点，马氏体完全消失，材料完全恢复母相形状。一般形状记忆效应，即将母相冷却或加应力，使之发生马氏体相变，然后是马氏体发生塑性变形，改变其形没有特殊说明，形状记忆效应都是指这种单向形状记忆效应。有些形状记忆合金在加热发生马氏体逆转变时，对母相有记忆效应；当从母相再次冷却为马氏体时，还回复马氏体形状，这种现象称为双向形状记忆效应。第三种情况是在Ti-Ni合金系发现的，在冷热循环过程中，形状回复到与母相完全相反的

4、形状，称为全方位形状记忆效应。目前已发现的形状记忆合金种类很多，可分为镍钛系、铜系、铁系合金三大类。另外，近年发现一些聚合物和陶瓷材料也具有形状记忆功能，其形状记忆原理与合金不同，还有待于进一步研究。目前已实用的形状记忆材料只有Ti—Ni合金和铜系形状记忆合金。Ti-Ni合金的制备1铸造Ti-Ni合金是高温延展性良好的材料。当温度超过400℃后．拉伸强度下降，与此相反，延伸率迅速增加。可见．如果温度范围定得合理．Ti-Ni合金无论锤锻、压力机上锻造或径向锻造都是比较容易进行的。实践表明锻造温度不宜高于900℃．否则合金表面将剧烈氧化而产生Ti-Ni—Ti4Nb2低熔点混合物相。过是间隙

5、氧污染物质，具有脆化合金的作用。另一方面温度分布不宜低于750℃，否则材料的变形抗力增大．缺口敏感性突出，常易造成撕裂性质的破坏．使废品率增加。因此，锻造温度范围为750～900℃。铸锭锻造前需经850℃、l2h均匀退火．然后．机加工去表面氧化皮和冒口，再锻成棒料。2热挤压从Ti-Ni的高温拉伸性能来看．Ti-Ni合金适宜挤压。但不能进行冷挤压。Rozner在0.7Tm(Tm为金属的熔点)温度成功的进行了Ti-Ni的热挤压。铸锭经机加工后用碳钢包套．然后在900℃挤压．挤压比为4：1～16：1．挤压后坯料在600℃退火1h．然后炉冷．3轧制和拉拔棒料轧制一般可在普通多机座连续轧机上进行

6、一孔型设计按常规由平椭圆、椭圆和圆组成。起轧温度820士20℃。根据成品的尺寸要求．应旨理地将整个轧制过程分解为一定数量的道次。轧制道次如下：Φ43mm一Φ25ram7道次．Φ25mm一Φ15ram5道次．Φ25mm一Φ8．5ram9道次。轧制板材的设备最好带有预应力装置。板材轧制温度应略高于棒材，但不高于900℃，否则氧化皮增加影响材质。坯料厚度从30mm轧至2．8～3．2mm采用9道次。轧制带材的方法不同于棒材和板材．最好温轧。轧制时前后应有一定的张力。用通电的方法使材料保持温度(500～600℃)．以免出现加工硬化．每一遭次压下量应控制在0.2～0．3mm左右。Ti-Ni合金在7

7、0℃以上存在异常大的速度加工硬化。冷加工必须正确掌握变形率和中间退火。冷轧的道次变形率应小于2％，冷拔为10%，每道的中间退火温度宜采用650～700℃。经研究表明：清除Ti-Ni合金加工硬化以650士20℃为佳。Ti-Ni合金丝的冷拔工艺为：中间退火温度为750℃，退火时间15min，润滑剂用肥皂．拔丝速度小于6m/min．第一道次冷拔量15％～20%．其后的道次冷拔量为10%左右。2次退火间总冷拔量为40％～45％。4冷加工Ti-Ni合金的