形状记忆 合金和聚合物ppt课件.ppt

《形状记忆 合金和聚合物ppt课件.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第二章形状记忆合金材料与化工学院目录2.1形状记忆相关知识2.2形状记忆合金的本质2.3形状记忆合金种类2.4形状记忆合金应用2.5结束语2-1形状记忆效应具有一定形状（初始形状）的固体材料，在某一低温状态下经过塑性变形后（另一形状），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，这种效应称为形状记忆效应（SME）。形状记忆效应示意图形状记忆效应的分类单程形状记忆效应双程形状记忆效应全程形状记忆效应形状回复率η：η(%)=(l1-l2)/(l1-l0)×100％母相态的原始形状（若以长度表示）为l0，马氏体态时经形变（若为拉伸）为l1，

2、经高温逆相变后为l26（a）未拉长(b)被拉长后(c)放入热水后恢复原长单程TiNi记忆合金簧的动作变化情况高温伸长的双程CuZnAl记忆合金弹簧的动作变化情况（a）没放入热水前(b)放入热水后(c)凉至室温后全程记忆效应（Ti-Ni51）2-2形状记忆合金的本质几个相关概念淬火：将材料快速冷却至一定介质使其发生相变的过程。马氏体：是高温奥氏体快速冷却形成的体心立方或体心四角(正方)相。马氏体相变：由高温奥氏体(面心立方相)转变为低温马氏体(体心立方或体心四角相)的无扩散性相变。母相、马氏体相、逆相变——通常把马氏体相变中的高温相叫做母相，低温相叫做马氏体

3、相。多数材料的马氏体经加热至一定温度将转变为母相，称为逆相变。奥氏体(A)马氏体(M)45＃钢淬火工艺曲线AM钢的马氏体相变不可逆冷却加热普通的马氏体相变12在某些合金中发现热弹性马氏体相变：马氏体一旦生成可以随着温度降低继续长大，当温度回升时，长大的马氏体又可以缩小，直至恢复到原来的母相状态，即马氏体随着温度的变化可以可逆地长大或缩小——热弹性马氏体相变AM可逆性冷却加热13分为非热弹性马氏体相变和热弹性马氏体相变两类。前者马氏体相变的增长是靠新马氏体的形成，其生长速度很快；后者马氏体相变的增长是靠旧马氏体的长大，马氏体的大小与温度成反比，其长大速度较慢

4、。大部分合金和陶瓷记忆材料是通过热弹性马氏体相变而呈现形状记忆效应。马氏体相变的分类14Ms为母相开始转变为马氏体的温度；Mf为马氏体相变完成（几乎达到100％体积分数）的温度。As为马氏体经加热开始逆相变为母相的温度；Af为逆相变完成的温度。马氏体相变15具有较低的对称性的正交或单斜晶系，内部是孪晶变形或层错具有较高的对称性的立方点阵形状记忆效应的实质：是在温度的作用下，材料内部热弹性马氏体形成、变化、消失的相变过程的宏观表现。热弹性马氏体相变时伴随有形状的变化。形状记忆效应机制示意图原子排列面的切应变结构相同，位向不同的马氏体变体界面移动，相互吞食变形

5、前后M结构未变17形状记忆合金晶体结构变化模型18在Ms点以上的某一温度对合金施加外力也可引起马氏体转变。应力诱发马氏体相变由外部应力诱发产生的马氏体相变称为应力诱发马氏体相变。本质：应力作用使材料的MS点升高。19马氏体相变的伪弹性在Af温度以上变形，因应力使Ms升高，发生M转变，应力一旦解除，立即产生逆相变，回到母相状态，在应力作用下产生的宏观变形也随逆相变而完全消失。其中应力与应变的关系表现出明显的非线性，这种非线性弹性和相变密切相关，叫做相变伪弹性，即超弹性。2.3形状记忆合金的种类主要几类形状记忆材料Ti-Ni基形状记忆合金Cu基形状记忆合金Fe

6、基形状记忆合金ZrO2形状记忆陶瓷21目前研究得最全面、记忆性能最好、实用性强的合金材料优点：记忆效应优良、性能稳定、生物相容性好是目前唯一作为生物医学材料的形状记忆合金。缺点：制造过程较复杂，价格高昂Ti-Ni合金通过在1000℃左右固溶后，在400℃进行时效处理，再淬火得到马氏体。2.3.1Ti-Ni基形状记忆合金22(1)Ti-Ni基记忆合金中的基本相和相变结构为体心立方晶体高温相（母相TiNi）单斜晶体马氏体冷却R相（菱面体点阵）适当的热处理或成分条件R相变在Ti-Ni二元合金系中有TiNi、Ti2Ni和Ti3Ni三种金属间化合物。23单斜晶体马氏

7、体冷却菱面体点阵R相一定的热处理或成分条件体心立方结构母相24(2)合金元素对Ti-Ni合金相变的影响添加少量的第三元素，会引起合金中马氏体内部的显微组织发生显著变化，同时可能导致马氏体的晶体结构发生改变，宏观上表现为相变温度点的升高或降低。Cu的影响(Ti-Ni-Cu合金)Nb的影响(Ti-Ni-Nb合金)Fe的影响(Ti-Ni-Fe合金)杂质元素的影响25①Cu在Ti-Ni合金中固溶度可高达30％。加入一定量的Cu置换Ni后，合金形状记忆效应和力学性能仍然很好，但合金的价格大大下降。加入Cu对相变温度有一定影响：随Cu含量的增加，合金的Ms点升高，而A

8、s点变化不大。26②Nb使Ti-Ni合金逆转变温度(As)显著升高