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拥有“大脑”的合金 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 (Shape Memory Effect,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。 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。 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 应力诱发马氏体相变 形状记忆机理总结 形状记忆合金的分类及性能 形状记忆合金分类 形状记忆合金的应用 连接件和紧固件 形状记忆合金管接头用相变点约-150℃的TiNiFe合金制备。 合金内径加工成比被接管径约小4-5％， 把管接头浸泡在液态空气中，在低温状态下使内径扩大约7-8%， 扩径后管接头用保温材料保持低温，被接管从管接头两侧插入， 去掉保温材料，管接头温度上升到室温，内径恢复到扩径前状态，牢牢箍紧被接管。 形状记忆合金可制成驱动器、控制器等应用在智能机器人中 医学应用 当心脏出现毛病，不可能用手术治疗时，不得不依赖于心脏移植或人工心脏。 可以用形状记忆合金制造人工心脏用人造肌肉，用以充当人造心脏的驱动源。 治疗粉碎性髌骨骨折比较困难，我国设计了一种用于治疗髌骨骨折的形状记忆NiTi聚髌器，现已成功用于临床治疗之中。 聚髌器由功能爪和连接腰组成，能从多个方向产生恢复力并作用于髌骨，持续地以纵向聚合加压，将粉碎的髌骨聚合于解剖位置直至骨折愈合。 日常生活应用 （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）双程记忆效应 加热时恢复高温相形状，冷却时又恢复低温相形状，这个过程可以重复进行，显示出能分别记忆冷和热状态下原有形状的能力，称为双程记忆效应。 （3）全程记忆效应　　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低温相形状，称为全程记忆效应。 三种记忆效应的比较 ●机械性质优良，能恢复的形变可高达10％，（一般金属材料＜0.1％）。 在智能材料和智能机械的设计中有重要的价值。 形状记忆合金的性能 ●加热时产生的回复应力非常大，可达500MPa。 ●可感受温度、外力变化并通过调整内部结构来适应外界条件——对环境刺激的自适应性。 ●无通常金属呈现的“疲劳断裂”现象。 NiTi形状记忆合金折叠发射 自动张开的宇航天线原理图 月球上的“奇葩” ——宇航天线 工业应用 形状记忆管接头 智能控制器 温控智能机器人元件 智能机器人 人工心脏用人造肌肉 人造心脏 聚髌器 Company Logo Company LOGO L O G O L o g o * 物理所：高萌 邢令义 形状记忆合金 Yes, I can also remember 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 形状记忆效应（Shape Memory Effect,简称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。 相→相变 马氏体 马氏体相变 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912～1394℃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，但新相与母相的成分相同。