11形状记忆合金简介An Introduction to Shape Memory Alloys柳祝红北京科技大学物理系2主要内容¾形状记忆合金的定义¾马氏体相变¾相变伪弹性¾磁性形状记忆合金¾形状记忆合金的应用3形状记忆合金•形状记忆效应：具有一定形状的固体材料(通常是具有热弹性马氏体相变的材料)，在某一温度下(处于马氏体状态Mf)进行一定限度的塑性变形后，通过加热到某一温度(通常是该材料马氏体完全消失温度Af)上时，材料恢复到变形前的初始形状。•具有形状记忆效应的合金称为形状记忆合金4马氏体相变•形状记忆效应源自材料中发生的马氏体相变。•德国金属学家Martens发现：钢在奥氏体高温区淬火时，原来面心立方的奥氏体晶粒内以原子无扩散形式转变为体心立方结构，得到的组织以他的名字被命名为马氏体。板条马氏体钢的淬火5马氏体相变• 面心立方的奥氏体晶粒内的原子经无扩散位移，产生形状改变和表面浮凸，这种呈现不变平面特征的一级相变、形核长大型相变称为马氏体相变，相变后形成体心立方的马氏体。• 把马氏体相变开始和相变结束的温度表示为Ms和Mf，把马氏体逆相变(转变成奥氏体)的温度表示为As和Af。6热诱发马氏体相变MfMsAsAfAusteniteMartensiteTEMPERATUREMfMsAsAfAusteniteMartensiteTEMPERATURE(twinned)(twinned)Characteristic temperatures:Mf=Martensitic FinishMs=Martensitic StartAs=Austenitic StartAf=Austenitic Finish27Martensite•Low temperature phase•Monoclinic Crystal StructureAu stenite•High temperature phase•Cubic Crystal StructureTwinned Martensite自协作马氏体Detwinned Martensite非自协作马氏体马氏体相变中晶体结构的变化8形状记忆效应原理• 形状记忆合金在一定范围内发生塑性变形后，经加热到某一温度后能够恢复变形，实质是热弹性马氏体相变。• 马氏体在外力下变形成某一特定形状，加热时已发生形变的马氏体会回到原来奥氏体状态，这就是宏观形状记忆现象，如右图所示。形状记忆效应过程的示意图9• 形状恢复完全可逆需具备以下条件：¾ 马氏体相变是热弹性的；不破坏母相和马氏体相的共格关系¾ 母相和马氏体呈现有序的点阵结构；¾ 马氏体点阵的不变切变为孪生，亚结构为孪晶或层错；¾ 马氏体相变在晶体学上是可逆的。10马氏体相变热力学• 为使A(母相)-M(马氏体相)相变产生，M相的化学自由能必须低于A相。• 相变需要驱动力，不过冷到适当低于T0(A相和M相化学自由...
