主要几类记忆合金与性能.ppt

第二节 主要的几类记忆合金及性能 一．Ti-Ni基形状记忆合金 Ti-Ni基合金是最早发展的记忆合金． 特点： 记忆效应优良 性能稳定 生物相容性好 但制造过程较复杂，价格昂贵． Ti－Ni基记忆合金中的基本相和相变 Ti－Ni二元合金系中有三个金属间化合物：TiNi、Ti2Ni 、 TiNi3．Ti-Ni基记忆合金是基于TiNi金属间化合物的合金． TiNi晶体结构：高温时：B2(CsCl结构)，为母相． TiNi由高温冷却时发生马氏体相变，马氏体结构：单斜晶体． Ti-Ni 相图 在适当的热处理或成分条件下，Ti-Ni合金还会形成R相． R相结构：菱面体点阵 Ti-Ni合金冷却时，根据成分和预处理条件的不同，呈现两种不同的相变过程： 母相?马氏体 母相? R相(称R相变) ? 马氏体 加热时： 马氏体? R相?母相 这些相变都是热弹性马氏体相变. 按上述晶体学机制实现形状记忆效应．出现R相变时， Ti-Ni合金的记忆效应是由两个相变阶段贡献的．无R相变时，记忆效应是由母相?马氏体的单一相变贡献的． 根据成分和热处理条件不同， Ti-Ni合金中有弥散的第二相析出：如Ti3Ni4、Ti2Ni3、TiNi3、Ti2Ni等，其中Ti3Ni4、Ti2Ni3是亚稳相．第二相的存在对Ti-Ni合金的记忆效应、力学性能有显著的影响． 图4-14 Ti-50.5Ni合金的电阻温度曲线1273 K固溶处理后673 K时效1 h ①电阻为任意单位 ②含Ni为(Ni)50.5% 合金元素对Ti-Ni合金相变的影响 加Cu：Cu置换Ni 形状记忆效应、力学性能仍很好，合金价格?． Ms ?，热滞? 加Nb：纯Nb相弥散分布在TiNi基体． 热滞? 加Fe： 出现R相变，相变过程明显分为两个阶段． Ti-Ni记忆合金的力学性能 Ti-Ni记忆合金在一定温度下发生马氏体相变和应力诱发马氏体相变，因此，合金的变形是在马氏体相还是在母相进行，变形时是否发生应力诱发马氏体相变等因素对合金的应力－应变关系有很大影响. 按变形温度(Td)与相变点的关系，Ti-Ni合金的应力－应变曲线分为五种类型（如图4－1 6）： a) Td Mf ，变形前组织：完全马氏体． 在应力作用下，马氏体变体发生再取 向过程，产生变形．由于Td Mf，卸 载后马氏体取向、组织不变，应变被 保持下来． b) MfTdMs，变形前组织：部分马氏 体＋部分母相．变形通过马氏体变体 的再取向和应力诱发生成马氏体两 种机制进行．由于Td Ms，卸载后， 不发生马氏体逆转变，或只有少量马 氏体逆转变，应变被完全或大部分保 持下来． c) Ms Td Af，变形前组织：完全母 相．变形通过应力诱发生成马氏体进行． 卸载时，马氏体部分逆转变母相，变形 部分被消除． d) AfTd Md，变形前组织: 完全母相，变形通过应力诱发生成马氏体进行．卸载后，马氏体完全逆转变回母相，变形完全消失. a）-d）中的应力-应变曲线是在将变形控制在马氏体再取向或应力诱发生成马氏体所能贡献出的最大应变以内的条件下得到的。 e) Td Md, 不发生应力诱发马氏体相变，在应力作用下, 母相产生塑性变形. 记忆合金的记忆变形是可逆的，但记忆合金会发生疲劳破坏：由于有第二相或夹杂以及晶粒取向不同等因素，记忆合金变形总有不协同性，在晶界和相界上产生应力集中，导致裂纹形成和断裂． 总体上Ti-Ni合金具有良好的抗疲劳性能，是所有记忆合金中抗疲劳性能最好的材料． 二．Cu基形状记忆合金 主要两种Cu基形状记忆合金： Cu-Zn-Al基 Cu-Al-Ni基 特点： 形状记忆效应好，价格便宜，易于加工制造等． 但与Ti-Ni记忆合金相比：强度较低，稳定性及耐疲劳性能差，不具　　　有生物相容性． Cu基记忆合金中的基本相 ： Cu-Zn-Al 合金： 母相－?′相： B2(CsCl结构)或DO3(Fe3Al结构)，属立方晶系 马氏体：9R、18R、2H等不同的结构． Cu-Al-Ni 合金：母相与马氏体的晶体结构与Cu-Zn-Al 基本类似． Cu基记忆合金中的稳定性： 相变点对合金成分十分敏感． 存在较严重的马氏体稳定化现象：淬火后合金的相变点会随着放置时间的延长增加直至达到一稳定值． 热－力循环对合金的记忆效应影响显著．随热－力循环的进行，Ms、As、Af等上升，相变热滞显著增大． Cu基记忆合金成分范围在β相区内. 当将β相区成分的合金从高温淬火冷却，β相发生有序化相变转变为亚稳的有序β′相. 进一步冷却时β′相发生热弹性马氏体相变，故β’相是母相. Cu基记忆合金的力学性能： Cu基记忆合金的力学性能较差．主要因为弹性各向异性常数很大、晶粒粗大，变形时很容易产生应