4形状记忆合金.ppt

形状记忆合金Shape Memory Alloys 形状记忆合金概述 发展历史 基本概念 形状记忆效应及其临界温度 热弹性马氏体相变 马氏体变体与自协作 应力诱发马氏体相变 相变伪弹性(超弹性) 形状记忆合金发展历史 30年代，美国哈佛大学A. B. Greninger等发现CuZn合金在加热与冷却的过程中，马氏体会随之收缩与长大 1948年，前苏联学者库尔久莫夫预测到某些具有马氏体相变的合金会出现热弹性马氏体相变 1951年，张禄经、Read发现Au-47.5%Cd具有形状记忆效应 1963年，美国海军武器试验室（Americal navy Ordinance Laboratory）的Buehler博士等发现Ni-Ti合金具有形状记忆效应，并开发了Nitinol（Ni-Ti-Navy-Ordinance-Laboratory）形状记忆合金。 70年代，CuAlNi也被发现具有形状记忆功能 1975年左右，FeMnSi及有些不锈钢也有形状记忆功能，并在工业中得到应用 1975年至1980年左右，双程形状记忆效应（Two Way Shape Memory Effect）、全程形状记忆效应（All Round Shape Memory Effect）、逆向形状记忆效应（Inverse Shape Memory Effect）相继被发现 形状记忆效应简易演示实验 形状记忆效应与马氏体相变 马氏体相变的临界温度 热弹性马氏体相变(Thermoelastic Martensitic Transformation) 马氏体相变和逆相变的温度滞后（As - Ms） 热弹性马氏体相变和非热弹性马氏体相变 马氏体变体与自协作 马氏体变体(Martensitic Variant) ：晶体学等价、惯习面位向不同的马氏体 自协作(Self Accommodation)：马氏体变体生成时都伴随有形状变化，在合金的局部产生凹凸，但是，作为整体，在相变前后其形状并不发生改变，这是因为若干个马氏体变体组成菱形状片群，或组成三角锥状片群，它们互相抵消了生成时产生的形状变化，这样的马氏体生成方式被叫做自协作 马氏体变体 应力诱发马氏体相变 Stress Induced Martensitic Transformation 相变伪弹性Transformation Pseudoelasticity 产生热弹性马氏体相变的形状记忆合金，在Af温度以上由于应力诱发产生的马氏体只在应力作用下才能稳定地存在，应力一旦解除，立即产生逆相变，回到母相状态，在应力作用下产生的宏观变形也随逆相变而完全消失，其中应力与应变的关系表现出明显的非线性，这种非线性弹性和相变密切相关，所以叫做相变伪弹性，也叫超弹性 相变伪弹性 马氏体相变(Martensitic Transformation) 马氏体相变概述 命名，德国人 Adolph Martens 最初的认识：相变产物的特征 深入研究：形核和生长的过程 生长速度 钢：105cm/s AuCd合金、CuZn合金：显微镜下肉眼观察 马氏体相变转变过程中，没有原子的扩散，也不改变成分，仅仅是晶格结构发生变化。母相(P)和马氏体相(M)内的晶格点阵有看一一对应的关系 除钢外，纯金属Li、Ti、Hg、Tl、Pu、Co，合金AuCd、CuAl、AgZn、CuZn、TiNi，化合物半导体BaTiO3、ZrO2，非金属材料V3Si，也存在马氏体相变 马氏体相变(Martensitic Transformation) 马氏体相变的一般特征 无扩散性 ：马氏体相变最本质的特征 切变性相变 共格性相变 惯习面 晶体缺陷 相变可逆性 马氏体相变 马氏体相变的热力学持征 马氏体相变机制的几个晶体学经典模型 Bain转变模型 K-S转变模型 西山转变模型 G-T转变模型 马氏体相变的热力学持征 相变得以进行需要驱动力，相变驱动力来自于新旧两相的自出能差 马氏体相变时需要较大的驱动力。这主要是由于相转变时的切变过程需要很高的塑性变形能，用以产生浮凸，产生高密度位错或孪晶等，同时，为了维持两相的共格，以及因体积的变化会引起晶格的弹性畸变，导致较大的能量提高。所以，马氏体相变的的驱动力主要是为了克服相变时的切变阻力和变形阻力，包括弹性变形和塑性变形。 相变驱动力 马氏体相变的Bain转变模型 马氏体相变的K-S转变模型 马氏体相变的西山转变模型 马氏体相变的G-T转变模型 马氏体相变是无扩散性相变 LiMg合金在-200℃下发生了马氏体相变。在-200℃这样的低温下，原子的扩散是不可能的。 FeC合金和FeNi合金在-20～-195 ℃之间，马氏体形成的时间约为0.05～0.5μs，在-200℃以下以同样的速度形成马