教学课件：《功能金属材料》.ppt

主要分为三类 1）铁基形状记忆合金的种类： 面心立方γ?体心立方（四角）α?（薄片状M） 面心立方γ?密排六方ε-M 面心立方γ?面心正方（四角）（薄片状M） ?早期发现的铁基形状记忆合金FePt和FePd等由于价格昂贵而未能得到应用。这类铁基形状记忆合金的记忆效应既可通过热弹性马氏体相变来获得，也可通过应力诱发马氏体相变而产生。 ?与其它形状记忆合金不同，FeMnSi等铁基形状记忆合金的结构是无序的，并不呈现热弹性马氏体相变的特征。因此其记忆效应机理具有特殊性。 超弹性 Eyeglass frames 四、形状记忆合金材料(SMA Materials) 已发现的形状记忆合金种类很多，可以分为Ti-Ni系、铜系、铁系合金三大类。目前已实用化的形状记忆合金只有Ti-Ni系合金和铜系合金。根据现有资料，将各种形状记忆合金汇总于下表。 人造卫星天线：记忆合金最令人鼓舞的应用是在航天技术中。1969年7月20日，“阿波罗”11号登月舱在月球着陆，实现了人类第一次登月旅行的梦想。宇航员登月后，在月球上放置了一个半球形的直径数米大的天线，用以向地球发送和接受信息。数米大的天线装在小小的登月舱里送上了太空。天线就是用当时刚刚发明不久的记忆合金制成的。 1、Ni-Ti形状记忆合金 基本特点：具有良好的力学性能，抗疲劳，耐磨损，抗腐蚀。记忆效应优良、生物相容性好等一系列的优点。但制造过程较复杂、价格高昂。 NiTi Wires for Glasses Frames 用极薄的记忆合金材料先在正常情况下按预定要求做好，然后降低温度把它压成一团，装进登月舱带上天去。放到舱面上以后，在阳光照射下温度升高，当达到转变温度时，天线又“记”起了自己的本来面貌，变成一个巨大的半球形。 (1) Ti-Ni基记忆合金中的基本相和相变 具有形状记忆效应的NiTi合金的成分就在近等原子比的范围内 5.21 Ti-Ni合金相图 注意：实用成分的TiNi合金在固溶处理后，如果随后的冷却不够快(如炉冷)，就会产生Ti2Ni和Ni3Ti这三个金属间化合物，由于这两种相不具有可逆性，因而破坏了形状记忆效果。需要尽量避免该类相的产生。 基本相－ TiNi相： 晶体结构是B2(CsCl结构)的母相 马氏体的结构为单斜晶体 结构是棱面体点阵的R相 （适当的热处理或成分条件下出现） T 5.22 NiTi合金相变过程的电阻—温度曲线 R相变和M相变均为形状记忆的来源。 Ti-Ni合金呈现记忆效应的两种相变过程 R相变不出现 记忆效应由单一相变贡献 母相 马氏体 母相 R相 马氏体 依成分和预处理条件的不同 相变过程都是热弹性马氏体相变 R相变出现 记忆效应由两个相变阶段贡献 加铁、时效 ?表征材料记忆性能的主要参数：包括记忆合金随温度变化所表现出的形状回复程度，回复应力，使用中的疲劳寿命，也就是经历一定热循环或应力循环后记忆特性的衰减情况。此外，相变温度及正、逆相变的温度滞后更是关键参数。 ?影响记忆特性主要参数的因素有：合金的成分、成材工艺、热处理(包括冷、热加工)条件及其使用情况等。 1)成分：是最敏感因素之一：Ni含量每增加0.1％，相变温度降低10℃。 2)第三元素: Fe、Co可降低Ms；Cu置换Ni可减少相变滞后，节约合金成本；Nb使相变滞后明显增加；开发的宽滞后记忆合金。 3)杂质元素:碳、氢、氧等降低Ms。 4)时效温度、时效时间明显影响相变温度。 (2) 影响相变温度的因素 (3) 合金制备 ?由高纯电介镍与海绵钛作原料，采用高频感应炉与自耗炉(电弧熔炼法)或等离子体与电弧熔炼法获得了TiNi合金铸锭。 ?随后在700~800℃进行热加工，包括模锻、挤压及轧制。丝状产品可通过冷拔，每次加工率小于20％，为消除加工硬化，冷加工期间可在700-800℃进行多次退火。 (4) 形状记忆处理 A 单程记忆效应： 1）中温处理： 为获得记忆效应，一般将加工后的合金材料在室温加工成所需要的形状并加以固定，随后在400-500℃之间加热保温数分钟到数小时（定形处理）后空冷，就可获得较好的综合性能。 2）低温处理： 对于冷加工后成形困难的材料，可以在800℃以上进行高温退火，这样在室温极容易成形，随后于200-300℃保温使之定形。此种在较低温度处理的记忆元件其形状恢复特性较差。 3）时效处理： ?富Ni的TiNi合金需要进行时效处理，一则为了调节材料的相变温度，二则可以获得综合的记忆性能。 ?处理工艺基本上是在800-1000℃固溶处理后淬入冰水，再经400-500℃时效处理若干时间（通常为500℃1小时）。随着时效温度的提高或时效时间的延长，相变温度Ms相应下降。此时的时效处理就是定形记忆过程。 B