课件-形状记忆合金.ppt

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1、物理所：高萌邢令义形状记忆合金拥有“大脑”的合金Yes,Icanalsoremember没放入热水前放入热水后冷却至室温后再次放入热水后双程CuZnAl记忆合金花的动作变化情况引例主要内容形状记忆合金及马氏体相变形状记忆效应的两种主要机理形状记忆合金的分类及性能应用形状记忆合金及马氏体相变形状记忆合金形状记忆合金(ShapeMemoryEffect,简称SMA)具有形状记忆效应的金属，通常是由两种以上的金属元素构成的合金。形状记忆效应（ShapeMemoryEffect,简称SME）在高温下处理成一定形状的金属急冷下来，在低温

2、相状态下经塑性变形为另一种形状，然后加热到高温相成为稳定状态的温度时，通过马氏体逆相变恢复到低温塑性变形前的形状的现象。相→相变马氏体马氏体相变相：系统中具有确定成分和结构的部分叫做相。材料的一个相具有不同于其他相的物理、化学特性。当系统的外在约束条件（如温度、压力等）改变时，物相将发生改变，相变的同时，材料的性能也发生改变。相变的条件：（1）化学成分的变化（2）晶体结构的变化（3）有序程度的变化回顾铁的两种晶体结构：体心立方结构（存在于两个温度范围内，912℃以下称α铁，1394℃以上称δ铁）；面心立方结构（存在于912～1

3、394℃之间，称γ铁）以钢为例介绍马氏体相变碳在钢中的两种主要存在形式：溶入铁中与铁形成固溶体；与铁形成铁碳化合物，称渗碳体（Fe3C）。碳溶于α铁中形成的固溶体称铁素体；溶于γ铁中形成的固溶体称奥氏体，其最大溶解度为2.11％。过冷奥氏体等温转变曲线(C曲线)马氏体珠光体贝氏体奥氏体A1至550℃为高温转变区，转变产物为珠光体（P）550℃~Ms为中温转变区，转变产物为贝氏体（B）Ms~Mf为低温转变区，转变产物为马氏体（M）马氏体相变当母相奥氏体快速冷却时，奥氏体转变成片状或针状新相，新相为体心四方结构，与母相的结构不同，

4、但新相与母相的成分相同。人们把钢经高温淬火后形成的相叫做马氏体相。从奥氏体到马氏体的转变叫做马氏体相变，马氏体相变是无扩散型相变。奥氏体(A)马氏体(M)钢淬火工艺曲线AM钢的马氏体相变不可逆冷却加热奥氏体相马氏体相(M)高温低温降温升温产生形状记忆的条件形状记忆效应的两种主要机理热弹性马氏体相变应力诱发的马氏体相变降温过程中，奥氏体将转变成马氏体。马氏体转变开始和终了温度分别以Ms、Mf表示；加热过程中，马氏体逆相变开始和终了温度分别以As、Af表示。对于不同材料，这些特征温度不同。马氏体逆相变中存在热滞后现象，使得As大于

5、Ms。按As-Ms的大小和马氏体的生长特征将马氏体相变分成非热弹性马氏体相变和热弹性马氏体相变两类。热弹性马氏体相变Au-Cd合金的相变属热弹性马氏体相变，相变温度滞后很小，As-Ms约10℃，马氏体核心以突发式成核并长到一定大小，马氏体相和母相间保持着弹性平衡。温度下降时，相变化学自由能增大，马氏体长大的推动力增大，马氏体片的厚度、大小继续增加，同时也可能形成新的马氏体核心。反之，如果升高温度，则转变就向相反的方向进行，即马氏体逆转变为奥氏体，马氏体片就缩小，甚至完全消失。在这种情况下，只要马氏体界面上的共格性未被破坏，则马

6、氏体片可随着驱动力的改变而反复发生长大或缩小。具有这种特征的马氏体称为“热弹性马氏体”。奥氏体相马氏体相(M)高温低温降温升温应力诱发马氏体相变超弹性(superelasticity)变形对母相状态的样品在Af温度以上施加外力，随外力增加，样品首先发生遵循虎克(Hook)定律的弹性变形。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，如同弹性变形，但其应变量远远超出通常意义上的弹性变形，称之为超弹性变形。其实质与弹性变形不同。超弹性变形是由应力诱发马氏体相变导致的。随外加应力的

7、增加，在应力作用下母相与马氏体间处于平衡的温度T0(σ)增加，Ms和Af也相应增加。当Ms超过环境温度时，母相开始相变为马氏体。随应力的增加，Ms高于环境温度的幅度更大，马氏体转变的量随之增加，即马氏体由应力诱发而形成，发生了应力诱发马氏体相变。卸除外力，合金的相变点降低，回复到应力为零时的相变点。由于此时合金的Af点低于环境温度，马氏体逆转变回母相，样品的变形随之消失，显示出超弹性。热弹性本质相同，都是由马氏体相变引起的超弹性奥氏体相马氏体相(M)加应力卸载应力形状记忆机理总结热弹性马氏体和应力诱发马氏体统称为弹性马氏体。只

8、有弹性马氏体相变才能产生形状记忆效应。形状记忆效应是由于合金中发生了热弹性或应力诱发马氏体相变。形状记忆合金的分类及性能形状记忆合金分类（1）单程记忆效应在较低的温度下变形，只在加热到Af以上，马氏体逆转变成奥氏体，发生形状回复的现象，显示出记忆热态形状的能力。（2）双程记忆