第4章 形狀記憶合金

1、2021-10-271第第4章章 形狀記憶合金形狀記憶合金20世紀(jì)世紀(jì)60年代初，美國馬里蘭州海軍軍械研究所的科年代初，美國馬里蘭州海軍軍械研究所的科學(xué)家比勒，用鎳鈦合金絲做試驗(yàn)。這些合金絲彎彎曲曲，為學(xué)家比勒，用鎳鈦合金絲做試驗(yàn)。這些合金絲彎彎曲曲，為了使用方便，他把這些合金絲弄直了。但是，當(dāng)他無意中把了使用方便，他把這些合金絲弄直了。但是，當(dāng)他無意中把合金絲靠近火的時候，奇跡發(fā)生了：已經(jīng)弄直的合金絲居然合金絲靠近火的時候，奇跡發(fā)生了：已經(jīng)弄直的合金絲居然完全恢復(fù)了它們原來彎彎曲曲的形狀。完全恢復(fù)了它們原來彎彎曲曲的形狀。 2021-10-272形狀記憶效應(yīng)形狀記憶效應(yīng)(Shape Memo

2、ry Effect ,簡稱簡稱SME)形狀記憶效應(yīng)形狀記憶效應(yīng)將材料在一定條件下進(jìn)行一定限度以將材料在一定條件下進(jìn)行一定限度以內(nèi)的變形后，再對材料施加適當(dāng)?shù)耐饨鐥l件，材料的變形內(nèi)的變形后，再對材料施加適當(dāng)?shù)耐饨鐥l件，材料的變形隨之消失而回復(fù)到變形前的形狀的現(xiàn)象。隨之消失而回復(fù)到變形前的形狀的現(xiàn)象。具有形狀記憶效應(yīng)的金屬，通常是由具有形狀記憶效應(yīng)的金屬，通常是由2種以上的金屬元素種以上的金屬元素構(gòu)成的合金，故稱為形狀記憶合金構(gòu)成的合金，故稱為形狀記憶合金(Shape Memory Alloys，簡稱簡稱SMA)。 20世紀(jì)世紀(jì)80年代先后在高分子聚合物、陶瓷材料、超導(dǎo)材料年代先后在高分子聚合物、

3、陶瓷材料、超導(dǎo)材料中發(fā)現(xiàn)形狀記憶效應(yīng)。中發(fā)現(xiàn)形狀記憶效應(yīng)。2021-10-273馬氏體相變與形狀記憶原理馬氏體相變與形狀記憶原理大部分合金和陶瓷記憶材料是通過大部分合金和陶瓷記憶材料是通過熱彈性馬氏體相變熱彈性馬氏體相變而而呈現(xiàn)形狀記憶效應(yīng)。呈現(xiàn)形狀記憶效應(yīng)。普通的馬氏體相變是普通的馬氏體相變是鋼的淬火強(qiáng)化鋼的淬火強(qiáng)化方法，即把鋼加熱到方法，即把鋼加熱到某個臨界溫度以上保溫一段時間，然后迅速冷卻，鋼轉(zhuǎn)變?yōu)槟硞€臨界溫度以上保溫一段時間，然后迅速冷卻，鋼轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N馬氏體結(jié)構(gòu)，并使鋼硬化。一種馬氏體結(jié)構(gòu)，并使鋼硬化。奧氏體奧氏體(A) 馬氏體馬氏體(M)圖圖4 45鋼淬火工藝曲線鋼淬火工藝曲線AM鋼

4、的馬氏體相變不可逆鋼的馬氏體相變不可逆冷卻冷卻加熱加熱2021-10-274奧氏體與馬氏體金相顯微組織奧氏體與馬氏體金相顯微組織a) 奧氏體奧氏體( (多邊形等軸晶粒多邊形等軸晶粒) ) b)板條狀馬氏體板條狀馬氏體2021-10-275在某些合金中發(fā)現(xiàn)在某些合金中發(fā)現(xiàn)熱彈性馬氏體相變熱彈性馬氏體相變：馬氏體一旦生成，可以隨著溫度降低繼續(xù)長大，當(dāng)溫度回馬氏體一旦生成，可以隨著溫度降低繼續(xù)長大，當(dāng)溫度回升時，長大的馬氏體又可以縮小，直至恢復(fù)到原來的母相狀態(tài)，升時，長大的馬氏體又可以縮小，直至恢復(fù)到原來的母相狀態(tài)，即即馬氏體隨著溫度的變化可以可逆地長大或縮小馬氏體隨著溫度的變化可以可逆地長大或縮小

5、熱彈性馬熱彈性馬氏體。氏體。AM 可逆性可逆性冷卻冷卻加熱加熱通常把馬氏體相變中的高溫相叫做母相（母相（），低溫相叫馬氏體相（馬氏體相（M）。從到M的相變叫馬氏體正相變馬氏體正相變或馬氏體相馬氏體相變變；從M到的相變叫馬氏體逆形變馬氏體逆形變。2021-10-276熱彈性馬氏體相變的基本特征：熱彈性馬氏體相變的基本特征：(1) 無擴(kuò)散性相變無擴(kuò)散性相變最根本的特征。最根本的特征。馬氏體相變前后沒有任何化學(xué)成份的改變，馬氏體相變前后沒有任何化學(xué)成份的改變，M成份和成份和完全一致，固溶于完全一致，固溶于的溶質(zhì)濃度和固溶于的溶質(zhì)濃度和固溶于M的溶質(zhì)濃度完全的溶質(zhì)濃度完全相同。在相同。在M相變過程中，

6、只有原子位置的移動（小于一個相變過程中，只有原子位置的移動（小于一個原子間距），而原子間距），而沒有原子位置的調(diào)換沒有原子位置的調(diào)換。2021-10-2772021-10-278(2) 切變性相變切變性相變 從從到到M是以切變方式進(jìn)行的，是靠是以切變方式進(jìn)行的，是靠和新相界面上的原子和新相界面上的原子以協(xié)同的，集體的，定向和有次序的方式移動，實(shí)現(xiàn)從以協(xié)同的，集體的，定向和有次序的方式移動，實(shí)現(xiàn)從到到M的轉(zhuǎn)變。的轉(zhuǎn)變。 在切變過程中，在切變過程中， 和和M間始終保持嚴(yán)格的位相關(guān)系。間始終保持嚴(yán)格的位相關(guān)系。2021-10-279圖圖9 形狀記憶合金晶體結(jié)構(gòu)變化模型形狀記憶合金晶體結(jié)構(gòu)變化模型20

7、21-10-2710(3) 共格性相變共格性相變 M和和間存在一種結(jié)構(gòu)上的緊密聯(lián)系，這種結(jié)構(gòu)上的聯(lián)系間存在一種結(jié)構(gòu)上的緊密聯(lián)系，這種結(jié)構(gòu)上的聯(lián)系就是共格性，即相界面上的原子既屬于就是共格性，即相界面上的原子既屬于，又屬于，又屬于M。 2021-10-2711在在M相變中，相變中，M總是沿著母相的某一晶面開始產(chǎn)生，這個晶總是沿著母相的某一晶面開始產(chǎn)生，這個晶面在面在M相變過程中，既相變過程中，既不發(fā)生畸變不發(fā)生畸變，也，也不發(fā)生轉(zhuǎn)動不發(fā)生轉(zhuǎn)動，這樣的，這樣的晶面稱為晶面稱為慣習(xí)面慣習(xí)面(habit plane)，慣習(xí)面就是兩相的交界面。，慣習(xí)面就是兩相的交界面。 一般來說，每一種金屬或合金在形成

8、一般來說，每一種金屬或合金在形成M時都有自己時都有自己確定確定的的慣習(xí)面。慣習(xí)面。M和和間共格或半共格。間共格或半共格。2021-10-2712（a）完全共格）完全共格 （b）伸縮型半共格）伸縮型半共格 （c）切變形半共格）切變形半共格 （d）非共格）非共格2021-10-2713(4) M內(nèi)有晶體缺陷，內(nèi)有晶體缺陷，M的亞結(jié)構(gòu)多為位錯、層錯或?qū)\晶。的亞結(jié)構(gòu)多為位錯、層錯或?qū)\晶。位錯型位錯型馬氏體馬氏體孿晶位錯孿晶位錯混合型亞結(jié)構(gòu)混合型亞結(jié)構(gòu)全孿晶全孿晶 亞結(jié)構(gòu)亞結(jié)構(gòu)2021-10-2714具有具有較較低的對低的對稱性稱性的的正交或正交或單斜晶單斜晶系，內(nèi)系，內(nèi)部是孿部是孿晶變形晶變形或?qū)渝e或

9、層錯具有具有較較高的對高的對稱性稱性的的立方點(diǎn)立方點(diǎn)陣陣2021-10-2715(5) M相變具有可逆性相變具有可逆性 在冷卻過程中形成的在冷卻過程中形成的M，經(jīng)過加熱可以通過，經(jīng)過加熱可以通過M逆相變回到逆相變回到母相狀態(tài)。母相狀態(tài)。2021-10-2716 當(dāng)形狀記憶合金被冷卻到當(dāng)形狀記憶合金被冷卻到Ms以下時，以下時，的一個的一個晶粒內(nèi)會生成許多慣習(xí)面位相不同，但在晶體學(xué)晶粒內(nèi)會生成許多慣習(xí)面位相不同，但在晶體學(xué)上等價的上等價的M，把這些慣習(xí)面位相不同的，把這些慣習(xí)面位相不同的M叫做叫做馬馬氏體變體氏體變體(Variant)。 馬氏體變體馬氏體變體2021-10-2717 M變體一般有變

10、體一般有24個，在各個個，在各個M變體生成時都伴有形狀變體生成時都伴有形狀變化，在合金的局部產(chǎn)生凹凸，但作為整體，在相變前后，變化，在合金的局部產(chǎn)生凹凸，但作為整體，在相變前后，形狀并無變化，這是因?yàn)槿舾尚螤畈o變化，這是因?yàn)槿舾蒑變體組成的菱形片群或三變體組成的菱形片群或三角椎狀片群，他們互相抵消了生成時產(chǎn)生的形狀變化，這角椎狀片群，他們互相抵消了生成時產(chǎn)生的形狀變化，這樣的樣的M生成方式稱為生成方式稱為自適應(yīng)自適應(yīng)(Self Accommodation) 2021-10-2718形狀記憶效應(yīng)機(jī)制示意圖形狀記憶效應(yīng)機(jī)制示意圖原子排列面的切應(yīng)變原子排列面的切應(yīng)變結(jié)構(gòu)相同，位相結(jié)構(gòu)相同，位相不同

11、的馬氏體不同的馬氏體變體界面移動，變體界面移動，相互吞食相互吞食變形前后變形前后M結(jié)構(gòu)未變結(jié)構(gòu)未變2021-10-2719在冷卻過程中，將在冷卻過程中，將M相變開始溫度表示為相變開始溫度表示為Ms，終了，終了溫度表示為溫度表示為Mf，；在加熱過程中，將，；在加熱過程中，將M逆相變的開始溫逆相變的開始溫度表示為度表示為As，終了溫度為，終了溫度為Af。在在M相變中，按馬氏體相變和逆相變的溫度滯后大相變中，按馬氏體相變和逆相變的溫度滯后大小（既?。華sMs）和）和M 的長大方式分類：的長大方式分類：熱彈性馬氏體與非熱彈性馬氏體熱彈性馬氏體與非熱彈性馬氏體2021-10-2720熱彈性馬氏體熱彈性

12、馬氏體(Thermoelastic Martensitic)非熱彈性馬氏體非熱彈性馬氏體非熱彈性馬氏體非熱彈性馬氏體：例如普通的：例如普通的FeC合金，相變溫度合金，相變溫度滯后特別大，約幾百度，各個滯后特別大，約幾百度，各個M片幾乎在瞬間就長到片幾乎在瞬間就長到最終大小，且不會因溫度降低而繼續(xù)長大，相變過程最終大小，且不會因溫度降低而繼續(xù)長大，相變過程是以在未相變的母相臨域內(nèi)生成新的是以在未相變的母相臨域內(nèi)生成新的M的形式進(jìn)行的。的形式進(jìn)行的。2021-10-2721熱彈性馬氏體熱彈性馬氏體：形狀記憶合金屬于此類。其相變滯后溫形狀記憶合金屬于此類。其相變滯后溫度比非熱彈性度比非熱彈性M小一個

13、數(shù)量級以上，有的只有幾度的溫度滯小一個數(shù)量級以上，有的只有幾度的溫度滯后，冷卻過程中形成的后，冷卻過程中形成的M會隨著溫度的變化而繼續(xù)長大或收會隨著溫度的變化而繼續(xù)長大或收縮，縮，和和M的相界面表現(xiàn)出彈性式的推移，在相變過程中一的相界面表現(xiàn)出彈性式的推移，在相變過程中一直保持著良好的協(xié)調(diào)性。直保持著良好的協(xié)調(diào)性。溫度升高溫度升高M(jìn)減少減少溫度降低溫度降低M增多增多2021-10-2722應(yīng)力誘發(fā)馬氏體相變應(yīng)力誘發(fā)馬氏體相變 形狀記憶合金在形狀記憶合金在外部應(yīng)力作用下外部應(yīng)力作用下，由于應(yīng)力誘發(fā)產(chǎn)生，由于應(yīng)力誘發(fā)產(chǎn)生M相相變而導(dǎo)致合金的宏觀變形，是剪切變形。這和滑移、孿生變形變而導(dǎo)致合金的宏觀變

14、形，是剪切變形。這和滑移、孿生變形一樣，也是合金的一種變形模式。一樣，也是合金的一種變形模式。 這種由外部應(yīng)力誘發(fā)產(chǎn)生的這種由外部應(yīng)力誘發(fā)產(chǎn)生的M相變叫做相變叫做應(yīng)力誘發(fā)應(yīng)力誘發(fā)M相變相變(StreeInduced Martensitic Transformation)。此應(yīng)力非彼應(yīng)力：此應(yīng)力非彼應(yīng)力：前述前述(彼彼)： 馬氏體馬氏體 此：奧氏體此：奧氏體應(yīng)力所加對象應(yīng)力所加對象不同：不同：前述前述(彼彼)： 無無 此：有此：有 施加應(yīng)力前后施加應(yīng)力前后有無有無M相變：相變：2021-10-2723Cu-34.1-Zn-1.8Sn合金合金Ms與拉伸應(yīng)力的關(guān)系與拉伸應(yīng)力的關(guān)系0204060801

15、00120140290 310330 350270應(yīng)力應(yīng)力/MPa溫度溫度/KMSAS加載加載卸載卸載環(huán)境溫度環(huán)境溫度275K當(dāng)形狀記憶合金受到的剪切分應(yīng)力小于滑移變形或?qū)\生變當(dāng)形狀記憶合金受到的剪切分應(yīng)力小于滑移變形或?qū)\生變形的臨界應(yīng)力時，即使形的臨界應(yīng)力時，即使在在Ms之上之上也會發(fā)生應(yīng)力誘發(fā)也會發(fā)生應(yīng)力誘發(fā)M相變，即相變，即外部應(yīng)力使相變溫度上升外部應(yīng)力使相變溫度上升。2021-10-2724相變偽彈性（超彈性）相變偽彈性（超彈性） 產(chǎn)生熱彈性產(chǎn)生熱彈性M相變的形狀記憶合金，在相變的形狀記憶合金，在Ms溫度以上由應(yīng)力溫度以上由應(yīng)力誘發(fā)產(chǎn)生的誘發(fā)產(chǎn)生的M只在應(yīng)力作用下才能穩(wěn)定存在，應(yīng)力一旦

16、解除，只在應(yīng)力作用下才能穩(wěn)定存在，應(yīng)力一旦解除，立即產(chǎn)生逆相變，回到母相狀態(tài)，在應(yīng)力作用下產(chǎn)生的宏觀變立即產(chǎn)生逆相變，回到母相狀態(tài)，在應(yīng)力作用下產(chǎn)生的宏觀變形也隨逆相變而完全消失。形也隨逆相變而完全消失。 其中，應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系表現(xiàn)出明顯的非線性，這種非線性其中，應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系表現(xiàn)出明顯的非線性，這種非線性彈性和相變密切相關(guān)，叫彈性和相變密切相關(guān)，叫相變偽彈性相變偽彈性(Transformation Pseudoelasticity)，也叫，也叫超彈性超彈性。2021-10-2725 形狀記憶合金發(fā)生超彈性變形的應(yīng)力應(yīng)變曲線形狀記憶合金發(fā)生超彈性變形的應(yīng)力應(yīng)變曲線 (Ms溫度以上加載）溫度以上加載）

17、 2021-10-2726 形狀記憶合金的相變偽彈性和熱彈性馬氏體相變在本形狀記憶合金的相變偽彈性和熱彈性馬氏體相變在本質(zhì)上是同一現(xiàn)象。質(zhì)上是同一現(xiàn)象。 相變偽彈性是在應(yīng)力解除后產(chǎn)生相變偽彈性是在應(yīng)力解除后產(chǎn)生M逆相變而逆相變而使形狀回復(fù)到母相；使形狀回復(fù)到母相；熱彈性馬氏體相變是通過加熱產(chǎn)生逆相變，熱彈性馬氏體相變是通過加熱產(chǎn)生逆相變，從而回復(fù)到母相。從而回復(fù)到母相。 所以，事實(shí)上，產(chǎn)生熱彈性所以，事實(shí)上，產(chǎn)生熱彈性M相變的大部分合金相變的大部分合金不僅不僅具有形狀記憶效應(yīng)，也有超彈性具有形狀記憶效應(yīng)，也有超彈性。 區(qū)別區(qū)別2021-10-2727形狀記憶效應(yīng)的形式形狀記憶效應(yīng)的形式A. 單

18、向形狀記憶效應(yīng)單向形狀記憶效應(yīng)。即將母相冷卻或加應(yīng)力，使之發(fā)生。即將母相冷卻或加應(yīng)力，使之發(fā)生馬氏體相變，然后使馬氏體發(fā)生塑性變形，改變其形狀，再馬氏體相變，然后使馬氏體發(fā)生塑性變形，改變其形狀，再重新加熱到重新加熱到As以上，馬氏體發(fā)生逆轉(zhuǎn)變，溫度升至以上，馬氏體發(fā)生逆轉(zhuǎn)變，溫度升至Af，馬，馬氏體完全消失，材料完全恢復(fù)母相形狀。一般沒有特殊說明、氏體完全消失，材料完全恢復(fù)母相形狀。一般沒有特殊說明、形狀記億效應(yīng)都是指這種單向形狀記憶效應(yīng)。形狀記億效應(yīng)都是指這種單向形狀記憶效應(yīng)。2021-10-2728B. 雙向形狀記憶效應(yīng)雙向形狀記憶效應(yīng)。有些形狀記憶合金在加熱發(fā)生馬氏體逆轉(zhuǎn)變時，對母相有

19、記憶有些形狀記憶合金在加熱發(fā)生馬氏體逆轉(zhuǎn)變時，對母相有記憶效應(yīng)；當(dāng)從母相再次冷卻為馬氏體時，還回復(fù)原馬氏體的形狀，效應(yīng)；當(dāng)從母相再次冷卻為馬氏體時，還回復(fù)原馬氏體的形狀，這種現(xiàn)象稱為雙向形狀記憶效應(yīng)，又稱這種現(xiàn)象稱為雙向形狀記憶效應(yīng)，又稱可逆形狀記憶效應(yīng)可逆形狀記憶效應(yīng)。2021-10-2729C. 全方位形狀記憶效應(yīng)全方位形狀記憶效應(yīng)。在冷熱循環(huán)過程中，當(dāng)從母相再次。在冷熱循環(huán)過程中，當(dāng)從母相再次冷卻為馬氏體時，形狀回復(fù)到與母相完全冷卻為馬氏體時，形狀回復(fù)到與母相完全相反相反的形狀，稱為的形狀，稱為全方位形狀記憶效應(yīng)。全方位形狀記憶效應(yīng)。2021-10-27304.3 形狀記憶合金材料形狀記

20、憶合金材料鎳鎳鈦系鈦系銅系銅系鐵系鐵系聚合物聚合物陶瓷材料陶瓷材料2021-10-27311. TiNi系合金系合金高溫相高溫相是是CsCl結(jié)構(gòu)的體心立方晶體結(jié)構(gòu)的體心立方晶體(B2)，低溫相低溫相是一種復(fù)雜的長周期堆垛結(jié)構(gòu)是一種復(fù)雜的長周期堆垛結(jié)構(gòu)B19，屬單斜晶系。，屬單斜晶系。R相相：是高溫相：是高溫相B2點(diǎn)陣受到沿點(diǎn)陣受到沿111方向的菱形畸變的結(jié)果。方向的菱形畸變的結(jié)果。2021-10-2732合金元素對合金元素對Ti-Ni合金相變的影響合金相變的影響vCu的影響的影響(Ti-Ni-Cu合金合金)vNb的影響的影響(Ti-Ni-Nb合金合金)vFe的影響的影響(Ti-Ni-Fe合金合

21、金)v雜質(zhì)元素的影響雜質(zhì)元素的影響2021-10-2733 Cu在在Ti-Ni合金中的固溶度可高達(dá)合金中的固溶度可高達(dá)30。 加入一定量的加入一定量的Cu置換置換Ni后，合金形狀記憶效應(yīng)和力學(xué)性后，合金形狀記憶效應(yīng)和力學(xué)性能仍然很好，但合金的能仍然很好，但合金的價格大大下降價格大大下降。u加入加入Cu對相變溫度有一定影響：隨對相變溫度有一定影響：隨Cu含量的增加，合金含量的增加，合金的的Ms點(diǎn)升高，而點(diǎn)升高，而As點(diǎn)變化不大。點(diǎn)變化不大。2021-10-2734Nb使使Ti-Ni合金逆轉(zhuǎn)變溫度合金逆轉(zhuǎn)變溫度(As)顯著升高。顯著升高。原因原因：以純以純Nb相彌散分布在相彌散分布在NiTi基體中

22、。由于基體中。由于Nb相很軟，在施相很軟，在施加應(yīng)力使馬氏體變形時，加應(yīng)力使馬氏體變形時，Nb相也相應(yīng)發(fā)生塑性變形。相也相應(yīng)發(fā)生塑性變形。逆轉(zhuǎn)變時，馬氏體的變形是可回復(fù)的，而逆轉(zhuǎn)變時，馬氏體的變形是可回復(fù)的，而Nb相的變形是相的變形是不可回復(fù)，而且不可回復(fù)，而且Nb相的變形對馬氏體的逆轉(zhuǎn)變有阻礙作相的變形對馬氏體的逆轉(zhuǎn)變有阻礙作用，從而導(dǎo)致逆轉(zhuǎn)變溫度顯著升高。用，從而導(dǎo)致逆轉(zhuǎn)變溫度顯著升高。 2021-10-2735加加Fe使合金顯現(xiàn)出明顯的使合金顯現(xiàn)出明顯的R相變，合金的相變過程明顯相變，合金的相變過程明顯分為兩個階段分為兩個階段: 母相母相R相相馬氏體馬氏體在在Ti-Ni合金中加入適量的合

23、金中加入適量的Co也有類似的作用。也有類似的作用。 2021-10-2736雜質(zhì)元素雜質(zhì)元素(C、O)的影響：的影響： 隨隨C、O含量的增加，含量的增加，Ms點(diǎn)均降低。點(diǎn)均降低。 原因：原因： 加入加入 C、O后會形成后會形成TiC、Ti4Ni2O，導(dǎo)致，導(dǎo)致TiNi基體相中基體相中Ni的含量相對增加，而的含量相對增加，而Ms點(diǎn)隨點(diǎn)隨Ni含量的增加而下降。含量的增加而下降。2021-10-27372. 銅系形狀記憶合金銅系形狀記憶合金主要由主要由Cu-Zn和和Cu-A1兩個二元系發(fā)展而來。兩個二元系發(fā)展而來。 通過第三元素可以有效地通過第三元素可以有效地提高狀記憶合金的相變溫度提高狀記憶合金的

24、相變溫度，發(fā)，發(fā)展了一系列的展了一系列的Cu-Zn-X(X= Al, Ge, Si, Sn錫錫, Be鈹鈹, Ni)三元合金。三元合金。lCu-Zn-A1基形狀記憶合金基形狀記憶合金lCu-A1-Ni基形狀記憶合金基形狀記憶合金2021-10-2738性能特點(diǎn)：性能特點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：制造加工容易，價格便宜，具有良好的記憶優(yōu)點(diǎn)：制造加工容易，價格便宜，具有良好的記憶 性 能 ， 相 變 點(diǎn) 可 在 一 定 溫 度 范 圍 內(nèi) 調(diào) 節(jié) ， 不性 能 ， 相 變 點(diǎn) 可 在 一 定 溫 度 范 圍 內(nèi) 調(diào) 節(jié) ， 不 同成分的同成分的Cu-Zn-A1合金相變溫度不同。合金相變溫度不同。缺點(diǎn)：強(qiáng)度較低，穩(wěn)定

25、性及耐疲勞性能差，不具有缺點(diǎn)：強(qiáng)度較低，穩(wěn)定性及耐疲勞性能差，不具有 生物相容性。生物相容性。2021-10-27393. 鐵系形狀記憶合金鐵系形狀記憶合金分為兩類：分為兩類：（1）熱彈性馬氏體相變）熱彈性馬氏體相變Fe-Pt, Fe-Pd鈀鈀,Fe-Ni-Co-Ti合合金等；金等；（2）應(yīng)力誘發(fā)馬氏體相變（非熱彈性馬氏體），）應(yīng)力誘發(fā)馬氏體相變（非熱彈性馬氏體），F(xiàn)e-Mn-Si, Fe-Cr-Ni-Mn-Si-Co合金等。合金等。2021-10-2740性能特點(diǎn)：性能特點(diǎn)： 價格較價格較Ti-Ni系和系和Cu基系合金便宜，原料易得，可以采基系合金便宜，原料易得，可以采用現(xiàn)有的鋼鐵工藝進(jìn)行冶

26、煉和加工，強(qiáng)度高，剛性好，適用現(xiàn)有的鋼鐵工藝進(jìn)行冶煉和加工，強(qiáng)度高，剛性好，適用作結(jié)構(gòu)材料，也可作特種用途材料，在應(yīng)用方面具有明用作結(jié)構(gòu)材料，也可作特種用途材料，在應(yīng)用方面具有明顯的競爭優(yōu)勢。顯的競爭優(yōu)勢。形狀記憶特性比形狀記憶特性比Ti-Ni合金差。合金差。2021-10-2741鐵基合金具有良好記憶效應(yīng)的前提：鐵基合金具有良好記憶效應(yīng)的前提：合金母相為合金母相為單一奧氏體單一奧氏體，并存在一定數(shù)量，并存在一定數(shù)量層錯層錯；盡可能盡可能低的層錯能低的層錯能，使，使Shockley不全位錯容易擴(kuò)展及收縮，不全位錯容易擴(kuò)展及收縮，以減少應(yīng)力誘發(fā)馬氏體相變的阻力；以減少應(yīng)力誘發(fā)馬氏體相變的阻力；相

27、當(dāng)?shù)哪赶鄰?qiáng)度，以抑制應(yīng)力誘發(fā)相變時產(chǎn)生永久位移；相當(dāng)?shù)哪赶鄰?qiáng)度，以抑制應(yīng)力誘發(fā)相變時產(chǎn)生永久位移；(1) 較低的鐵磁較低的鐵磁-反鐵磁轉(zhuǎn)變溫度，以消除奧氏體穩(wěn)定化對應(yīng)反鐵磁轉(zhuǎn)變溫度，以消除奧氏體穩(wěn)定化對應(yīng)力誘發(fā)馬氏體相變的阻力；力誘發(fā)馬氏體相變的阻力；2021-10-2742問題及對策問題及對策： 問題問題： 隨預(yù)變形量的增加，合金的形狀記憶效應(yīng)降低，因隨預(yù)變形量的增加，合金的形狀記憶效應(yīng)降低，因?yàn)樾∽冃螘r母相中的層錯沿最易開動的滑移系擴(kuò)展，易形成為小變形時母相中的層錯沿最易開動的滑移系擴(kuò)展，易形成單變體馬氏體，預(yù)變形量增加，母相中多個位向?qū)渝e擴(kuò)展，單變體馬氏體，預(yù)變形量增加，母相中多個位向?qū)?/p>

28、錯擴(kuò)展，會形成馬氏體的重疊和交叉；更大的預(yù)變形量會使材料發(fā)生會形成馬氏體的重疊和交叉；更大的預(yù)變形量會使材料發(fā)生永久變形，記憶效應(yīng)降低。永久變形，記憶效應(yīng)降低。2021-10-2743對策對策： 對對FeMnSi合金在室溫使之變形，然后加熱至合金在室溫使之變形，然后加熱至600oC，循環(huán)數(shù)次。循環(huán)數(shù)次。 機(jī)理機(jī)理：訓(xùn)練使母相中形成層錯，減少誘發(fā)馬氏體相變所需：訓(xùn)練使母相中形成層錯，減少誘發(fā)馬氏體相變所需的臨界切變力，增加了馬氏體形核部位，增加了馬氏體的轉(zhuǎn)的臨界切變力，增加了馬氏體形核部位，增加了馬氏體的轉(zhuǎn)變量，也使形成單變體馬氏體的幾率增加。變量，也使形成單變體馬氏體的幾率增加。2021-10

29、-2744形狀記憶材料的應(yīng)用形狀記憶材料的應(yīng)用1. 工程應(yīng)用工程應(yīng)用2021-10-2745高技術(shù)中的應(yīng)用高技術(shù)中的應(yīng)用 ： 制造人造衛(wèi)星天線制造人造衛(wèi)星天線Ti-Ni形狀記憶合金制造的人造衛(wèi)星天線形狀記憶合金制造的人造衛(wèi)星天線美國宇航局的月面天線計(jì)劃：美國宇航局的月面天線計(jì)劃：在室溫下用形狀記憶合金制成拋物面天線，然后把它揉成直徑在室溫下用形狀記憶合金制成拋物面天線，然后把它揉成直徑5 5厘米以下的小團(tuán)，放入阿波羅厘米以下的小團(tuán)，放入阿波羅1111號的艙內(nèi)，在月面上經(jīng)太陽光號的艙內(nèi)，在月面上經(jīng)太陽光的照射加熱使它恢復(fù)到原來的拋物面形狀的照射加熱使它恢復(fù)到原來的拋物面形狀, ,從而能從而能用空間有限的用空間有限的火箭艙運(yùn)送體積龐大的天線火箭艙運(yùn)送體積龐大的天線。2021-10-2746工程應(yīng)用工程應(yīng)用:緊固件、連接件、密封墊、管件接頭等緊固件、連接件、密封墊、管件接頭等形狀記憶合金用作鉚釘?shù)墓ぷ髟韴D形狀記憶合金用作鉚釘?shù)墓ぷ髟韴D2021-10-2747控制元件控制元件 (1) 把形狀記憶合金制成的彈簧與普通彈簧安裝在一起，把形狀記憶合金制成的