[高等教育]智能材料-形状记忆材料.pdf

1 智能材料 Intelligent Materials 主讲： 李 明 田 Email : lim Tel:62218 2 第三章 形状记忆材料 Shape Memory Materials 3 (a) 原始形状 (b) 拉直 (c) 加热后恢复 形状记忆效应简易演示实验 4 • 形状记忆材料是指具有一定初始形状的材料 经形变并固定成另一种形状后，通过热、光、 电等物理刺激或化学刺激的处理又可恢复成 初始形状的材料； • 形状记忆合金是形状记忆材料中的一种。 5 • 奥氏体（Austenite ，符号A表示） – 碳溶解在-Fe 中的间隙固溶体 – 仍保持-Fe的面心立方晶格，晶界比较直，呈规则多 边形 – 727 ℃时溶碳为 ＝0.77 ％，1148℃时可溶碳2.11 ％ c – 具有较高塑性 6 • 马氏体（Martensite ，符号M表示） – 碳在-Fe 中的过饱和固溶体 – 马氏体的晶体结构为体心四方结构（BCT ），中高碳 钢中加速冷却通常能够获得这种组织 – 普遍具有较高强度和硬度 高碳马氏体 低碳马氏体 7 Ni-Ti合金的马氏体和奥氏体结构 8 3.1 形状记忆合金 形状记忆效应 （Shape Memory Effect, SME ） 在高温下处理成一定形状的金属急冷下来，在 低温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。 具有这种效应的金属，通常是由两种以上的金 属元素构成的合金，故称为形状记忆合金 （Shape Memory Alloys, SMA ） 9 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。 1938年，格雷宁格等已在铜锌合金中观察到形状记忆效应。 1961年美国海军军械实验室首先研究了Ni-Ti合金的形状记忆 效应 1963年美国比勒等发展出称为Nitinol的镍钛形状记忆合金， 并用于航天器。 中国于1978年开始研制，1980年得到应用。 最有实用价值的是TiNi基和Cu基形状记忆合金。 （1 ）热弹性马氏体相变 10 形状记忆合金的高温