形状记忆合金及其相变机制.PDF

形状记忆合金及其相变机制 形状记忆合金及其相变机制 教学重点： 形状记忆效应 镍钛形状记忆合金及其相变 铁锰硅基记忆合金及其应力诱发马氏体相变 形状记忆效应 形状记忆效应 ·形状记忆效应(Shape Memory Effect ,简称SME) : ·形状记忆效应(Shape Memory Effect ,简称SME) : 将材料在一定条件下进行一定限度以内的变形后， 将材料在一定条件下进行一定限度以内的变形后， 再对材料施加适当 的外界条件，材料的变形随之消 再对材料施加适当 的外界条件，材料的变形随之消 失而回复到变形前的形状的现象。 失而回复到变形前的形状的现象。 形状记忆材料 ●具有形状记忆效应的合金:形状记忆合金 ● 具有形状记忆效应的金属，通常是由2种以上的 具有形状记忆效应的金属，通常是由2种以上的 金属元素构成的合金，故称为形状记忆合金 金属元素构成的合金，故称为形状记忆合金 (Shape Memory Alloys，简称SMA)。 (Shape Memory Alloys，简称SMA)。 ● 20世纪80年代先后在高分子聚合物、陶瓷材料、 ● 20世纪80年代先后在高分子聚合物、陶瓷材料、 超导材料中发现形状记忆效应。 超导材料中发现形状记忆效应。 ●具有形状记忆效应的材料统称为形状记忆材料 ●具有形状记忆效应的材料统称为形状记忆材料 形状记忆效应可分为3种类 型： ①单程形状记忆效应 ②双程形状记忆效应 ③全程形状记忆效应 图1 单程形状记忆效应 单程形状记忆效应： 合金在高温下制成某种形状，在低温相时将其任意变形，再加热 时恢复为高温相形状，而重新冷却时却不能恢复低温相时的形状。 图2 双程形状记忆效应 ●双程形状记忆效应： ● 加热时恢复高温相形状，冷却时恢复低温相形状，即通过温度升降自发可逆 地反复恢复高低温相形状的现象，或称为可逆形状记忆效应。 图3 全程形状记忆效应 ●全程形状记忆效应： ● 当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高 温相形状的现象（只能在富镍的Ti- Ni合金中出现）。 形状记忆原理与马氏体相变 ● 大部分合金和陶瓷记忆材料是通过热弹性马氏 ● 体相变而呈现形状记忆效应。 ●普通的马氏体相变是钢的淬火强化方法，即把钢 ● 加热到某个临界温度以上保温一段时间，然后迅速 冷却，钢转变为一种马氏体结构，并使钢硬化。 A 冷却 M 奥氏体(A) 马氏体(M) 加热 钢的马氏体相变不可逆 图4 45＃钢淬火工艺曲线 热弹性马氏体相变 ●热弹性马氏体： ● 马氏体一旦生成可以随着温度降低继续长大，当温度 回升时，长大的马氏体又可以缩小，直至恢复到原来 的母相状态，即马氏体随着温度的变化可以可逆地长 大或缩小 冷却 A M 加热 可逆性过程 马氏体相变动力学： P→M P→M P→M ΔG T =ΔG +ΔG +ΔG ( ) c nc s P→M ●母相转变为马氏体的驱动力