弹性马氏体和形状记忆效应(2学时).pptVIP

弹性马氏体和形状记忆效应(2学时).ppt

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第7章 弹性马氏体和形状记忆效应 形状记忆合金的紧固铆钉 Ni-Ti-Nb记忆合金管接头与传统连接的比较 魔力水车,它周而复始地运转着。水车叶片是形状记忆合金材料.当温度变化时,叶片外形发生明显变形,从而驱动了水车的转动。 诺基亚手机分身大法自动解体方便回收.在60~150℃形状记忆合金(SMA)驱动器被激发,手机盖打开,电池\显示屏等组件相互分 离,按材质分类回收. 2006年报道 例7-2 形状记忆合金的计算设计 * 定 义 形状记忆效应(shape memory effect, 简称SME)是指材料在一定条件下进行 一定程度的变形后,再对材料施加适当 的外界条件,材料的变形随之消失而回 复到变形前形状的现象。 具有形状记忆效应的材料称为形状记 忆材料。 7.1 基本概念 热 滞 后 现 象 低于(或高于)相变临界温度才开始 相变的现象称为热滞后现象,AS到MS之 间的温度差称为热滞值。 图8.2是热弹性Au-Gd合金和非热弹性 的Fe-30%Ni(质量分数)合金的M相变 热滞现象。 马氏体相变热滞后现象和相变临界点 图 Au-47.5Cd和Fe-30Ni(质量分数)合金马氏体相变热滞 Au-47.5Cd: As - Ms=16℃; Fe-30Ni : As - Ms=420℃左右 Ms= -30℃ As= 390℃ 合 金 条 件 热滞值很小;相变能垒小;M和母相的比体 积接近,M相变时的切变量比较小;具有M相 变可逆过程。 热弹性M相变是合金具有超弹性效应和形状 记忆效应的基础. 热 弹 性 M M相变的形状变化是通过弹性变形来协调 的相变称为热弹性马氏体相变,这种马氏体 也就称为热弹性马氏体。 图8.3是热弹性马氏体呈现形状记忆效应的 过程。 图 热弹性马氏体呈现形状记忆效应的过程 形 状 记 忆 效 应 具有一定形状的固体材料,在某低温下经 过塑性变形后,通过加热到这种材料固有的 某一临界温度以上时,材料又恢复到初始形 状的现象,称为形状记忆效应。具有形状记 忆效应的材料称为形状记忆材料。 三种类型:单程形状记忆效应、双程形状记忆效 应和全程形状记忆效应。如图8.4。 通过温度升降自发可逆地反复恢复高低温相形状 的现象称为双程(或可逆)形状记忆效应. 初始形状 低温变形 加 热 冷 却 单程记忆效应 ∪ —— ∪ ∪ 双程记忆效应 ∪ —— ∪ —— 全程记忆效应 ∪ —— ∪ ∩ Ni-Ti合金具有优良的形状记忆性能,宇航天线。 具有形状记忆效应的合金体系很多,除了Ni-Ti合金 外,还有Au-Cd、Ni-Al系列,Cu与Zn、Pb、Ni、Sn等 其他材料也有此效应。 近年来,在高分子材料、陶瓷材料、超导材料中都发 现了形状记忆效应,而且在性能上各具有特点,更加促 进了形状记忆材料的发展和应用。 应 力 诱 发 M 受应力诱发形成的M可能有类似热弹性M相 变的现象。在MS ~ TC温度范围内对合金施加 应力,相当于为M相变提供了外来的克服形核 位垒的能量,就有可能在MS以上就形成M 超 弹 性 当外力超过母相弹性极限后,母相中将产生 M,且随应力的增大,M不断长大;当去除外 应力后,M又逐渐缩小,直至消失。在力学行 为上表现为具有超弹性效应,或称为伪弹性 超弹性M相变是有机械驱动力参与的热弹性M相变。 显然,弹性M是外应力的函数,产生的应变不是由材料 屈服塑性变形所造成的,而是由M相变产生的。 图 发生超弹性变形的应力-应变曲线 图中各阶段的意义: a~b—母相的弹性变形阶段, b~c—应力诱发M形成阶段, c~d—M的弹性变形阶段, d~e—M的弹性变形回复阶段, e~f—M逆转变母相阶段, f~g—母相弹性变形回复阶段, a~d—加载过程, d~g卸载过程。 随着外力的增加,试样先是发生弹性变形,应力超过弹性极限后,随应力的缓慢增大,试样的应变显著增加。在一定应变范围内卸载,应变会完全消失,如同弹性变形。 但和一般弹性变形不同的是,这种弹性变形的应变量大得多,所以称为超弹性(superelasticity)变形,又称为伪弹性(pseudoelasticity)变形。 伪弹性与

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