形状记忆合金

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1、形状记忆合金ShapeMemoryAlloy主要内容形状记忆合金概念形状记忆合金的分类形状记忆合金的作用原理形状记忆合金的应用及展望形状记忆效应(ShapeMemoryEffect,简称SME)形状记忆效应——将材料在一定条件下进行一定限度以内的变形后，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的形状的现象。具有形状记忆效应的材料——形状记忆材料记忆合金同我们的日常生活已经是休戚相关。仅以记忆合金制成的弹簧为例，把这种弹簧放在热水中，弹簧的长度立即伸长，再放到冷水中，它会立即恢复原状。形状记忆合金：神奇的记忆金属形状记忆合金

2、形状记忆合金弹簧1.形状记忆材料的发现193219381951瑞典人欧勒特在观察某种金镉合金的性能时首次发现形状记忆效应。哈佛大学的研究人员在一种铜锌合金中发现了一种随温度的升高和降低而逐渐增大或缩小的形状变化，但当时并未引起人们的重视。美国里德等人在金镉合金的研究中发现该合金的形状记忆效应，随后在铟钛合金中也发现了形状记忆效应。196219631970美国海军军械研究所成员研究镍钛合金时无意发现被弯曲的镍钛合金丝靠近雪茄火焰的部分自己伸直了。军械研究所宣布在镍钛合金丝中发现了形状记忆效应。人们在铜铝镍合金中也发现了形状记忆现象，并明确这种现

3、象是能产生热弹性马氏体相变的合金所共有的特性。形状记忆效应简易演示实验(a)原始形状(b)拉直(c)加热后恢复形状记忆效应(ShapeMemoryEffect,简称SME)形状记忆效应——它是指具有一定形状的固体材料，在某种条件下经过一定的塑性变形后，加热到一定温度时，材料又完全恢复到变形前原来形状的现象。即它能记忆母相的形状。具有形状记忆效应的材料——形状记忆材料形状记忆合金一般金属材料受到外力作用后，首先发生弹性变形，达到屈服点，金属就产生塑性变形，应力消除后就产生了永久变形。具有形状记忆效应的金属，通常是由2种以上的金属元素构成的合金，

4、故称为形状记忆合金(ShapeMemoryAlloys，简称SMA)。20世纪80年代先后在高分子聚合物、陶瓷材料、超导材料中发现形状记忆效应。形状记忆合金形状记忆效应可分为3种类型：①单程形状记忆效应②双程形状记忆效应③全程形状记忆效应形状记忆合金单程形状记忆效应——材料在高温下制成某种形状，在低温相时将其任意变形，再加热时恢复为高温相形状，而重新冷却时却不能恢复低温相时的形状。形状记忆合金单程形状记忆效应双程形状记忆效应——加热时恢复高温相形状，冷却时恢复低温相形状，即通过温度升降自发可逆地反复恢复高低温相形状的现象，或称为可逆形状记忆效

5、应。形状记忆合金双程形状记忆效应全程形状记忆效应——当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高温相形状的现象。只能在富镍的Ti-Ni合金中出现。形状记忆合金全程形状记忆效应马氏体相变与形状记忆原理热弹性马氏体相变超弹性和伪弹性应力诱发马氏体相变形状记忆合金铁素体、奥氏体、马氏体组成铁碳合金的铁具有两种晶格结构：910℃以下为具有体心立方晶格结构的α—铁，910℃以上为具有面心立方晶格结构的γ—铁。如果碳原子挤到铁的晶格中去，而又不破坏铁所具有的晶格结构，这样的物质称为固溶体。碳溶解到α—铁中形成的固溶体称铁素体。而碳溶解到γ—铁

6、中形成的固溶体则称奥氏体。奥氏体是铁碳合金的高温相。   钢在高温时所形成的奥氏体，过冷到727℃以下时变成不稳定的过冷奥氏体。如以极大的冷却速度过冷到230℃以下，这时奥氏体中的碳原子已无扩散的可能，奥氏体将直接转变成一种含碳过饱和的α固溶体，称为马氏体。由于含碳量过饱和，引起马氏体强度和硬度提高、塑性降低，脆性增大。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却相同。为了纪念德国冶金专家马丁(A.Martens)在金相研究方面的贡献，人们把钢经高温淬火后形成的相叫

7、做马氏体相。从奥氏体到马氏体的转变叫做马氏体相变，马氏体相变是无扩散型相变。二十世纪三十年代，人们用X射线结构分析的方法测得钢中马氏体是碳溶于α-Fe而形成的过饱和固溶体，马氏体中的固溶碳即原奥氏体中的固溶碳，因此，曾一度认为“所谓马氏体即碳在α-Fe中的过饱和固溶”。四十年代前后，在Fe-Ni、Fe-Mn合金以及许多有色金属及合金中也发现了马氏体转变。不仅观察到冷却过程中发生的马氏体转变；同时也观察到了在加热过程中所发生的马氏体转变。由于这一新的发现，人们不得不把马氏体的定义修定为：“在冷却过程中所发生马氏体转变所得产物统称为马氏体”。马氏

8、体相变--以晶格畸变为主的位移型无扩散相变统称为马氏体相变。热弹性马氏体相变降温过程中，奥氏体将转变成马氏体。马氏体转变开始和终了温度分别以Ms、Mf表示；加热过程