形状记忆合金.pptx

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1、形状记忆合金shapememoryalloy2014级材料物理曾永健CONTENTS01发展历程02变形机制03分类和性质04使用和发展目录一、发展历程一、发展历程1932年,瑞典人奥兰德在金镉合金中首次观察到"记忆"效应，即合金的形状被改变之后，一旦加热到一定的跃变温度时，它又可以魔术般地变回到原来的形状，人们把具有这种特殊功能的合金称为形状记忆合金。1962年，Buehler及其合作者在等原子比的TiNi合金中观察到具有宏观形状变化的记忆效应，才引起了材料科学界与工业界的重视。到70年代初，CuZn、CuZnAl、CuAlNi等合

2、金中也发现了与马氏体相变有关的形状记忆效应+现在，人们发现一些高分子材料、无机陶瓷等都具有形态记忆的功能1969年，镍--钛合金的“形状记忆效应”首次在工业上应用。人们用此制作管道接头装置，将两根需要对接的金属管连接。1969年7月20日，“阿波罗”11号登月舱登上月球，并通过一个直径数米的半球形天线传输月球和地球之间的信息。该天线就是用一种形状记忆合金材料制成。科学家在镍-钛合金中添加其他元素，进一步研究开发了钦镍铜、钛镍铁、钛镍铬等新的镍钛系形状记忆合金；除此以外还有其他种类的形状记忆合金如:铜镍系合金、铜铝系合金、铜锌系合金、铁

3、系合金(Fe-Mn-Si,Fe-Pd)等而运用最多的是Ni2Ti合金和铜基合金（CuZnAl和CuAlNi）二、变形机制二、变形机制介绍*形状记忆合金（shapememoryalloy）指一类在特定温度下会回到原先形状的由两种以上金属构成的材料。一般在低温度下发生塑性形变，而温度升高后会变会原来的形状。形状记忆合金的形状记忆效应源于热弹性马氏体的相变。马氏体是黑色金属材料的一种组织名称。其晶体结构为体心四方结构或体心立方结构。高碳钢以一定冷却速度冷却能获得该组织。形态记忆合金1、马氏体相变马氏体相变是一种位移型相变，相变中只有原子位移

4、以切边方式进行，两相间以宏观弹性形变维持界面的连续性和共格。形状记忆合金中具有两种相:高温相奥氏体相和低温相马氏体相。马氏体相变分为热弹性马氏体相变和非热弹性马氏体相变。非热弹性马氏体相变的增长是依靠马氏体的生成，且生成速度很快。热弹性马氏体相变的增长是依靠旧马氏体的增大。当温度上升，马氏体增大；当温度下降，马氏体缩小。且生长速度较慢。形态记忆合金的记忆效应来源于热弹性马氏体相变。该相变是在一定温度范围内完成的，且具有可逆性。一定成分的形态记忆合金，当其温度达到一定温度时（转变温度Ms点），其中的母相会转变为马氏体。当温度进一步降低，

5、马氏体缩小；而当温度升高时，马氏体增大。给冷却后的合金施加外力，合金发生塑性形变。此时给合金加热，通过逆相变，其内部的马氏体单晶变回母相单晶，于是合金变回原来的形态。2、形态记忆的原理母相内的点阵与马氏体相内的点阵之间有一一对应的关系，当母相是有序点阵时，马氏体相也会形成特定的有序点阵。马氏体相变会伴随一定量的形状变化或表面浮凸（程度取决于母相的晶面取向）。正是这种形态变化在形态记忆效应中起着变形机制作用。呈现形状记忆效应的合金应具备以下三个条件(1)马氏体相变只限于驱动力极小的热弹性型，即马氏体与母相之间的界面的移动是完全可逆的(2

6、)合金中的异类原子在母相与马氏体中必须为有序结构(3)马氏体相变在晶体学上是完全可逆的没解释好请感兴趣的同学们自行查阅资料三、分类和性质三、分类和性质形态记忆效应可按变形情况分为三种一、单程记忆效应形状记忆合金在较低的温度下变形，加热后可恢复变形前的形状，这种只在加热过程中存在的形状记忆现象称为单程记忆效应。产生单程记忆效应的温度范围根据用途的不同可以在相当宽的一个温度内变动。温度的高低主要通过调节合金的成分而达到。二、双程记忆效应某些合金加热时恢复高温相形状，冷却时又能恢复低温相形状，该现象称为双程记忆效应。但双程记忆效应并不是形状

7、记忆合金固有的性能，只有通过一定的双程记忆训练才能获得。三、全程记忆效应加热时恢复高温相形状，冷却时变为形状相同而取向相反的低温相形状，称为全程记忆效应。四、超弹性变形对温度在Af以上的母相状态的样品施加外力，随外力增加，样品首先发生弹性形变。当应力超过弹性极限后，随应力的缓慢增加，样品的应变显著增加，在一定的应变范围内卸载，应变会完全消失，如同弹性形变，但其应变量远远超出通常意义上的弹性形变，称为超弹性（superelasticity）变形。也称为相变伪弹性（pseudoelasticity，PE）变形。AB段：母相弹性形变BC段：

8、应力诱发相变CD段：相变结束后，应力作用下的马氏体发生弹性变形C‘F段：马氏体的弹性恢复FG段：马氏体向母相转变后引起的应变恢复GA段：母相的弹性恢复四、使用和发展四、使用和发展一、合金的分类呈现形状记忆效应的合金，其基