Cu-Zn-Al形状记忆合金直接淬火和分级淬火后马氏体稳定性的研究
电子辐照CuZnAl形状记忆合金马氏体稳定化的研究
收稿 日期 ： ０ １０ —２ ２ ０ —６２ ：修 回日期 ： ０ １１—５ ２ ０ —１ ０ 基 金项 目 ： 国家 自然科学 基金 （０ ７ ０ ２ １１５４ ） 作 者简介 ： 祖小涛 （ ９ ５ ， ， １６ 一） 男 副教授 ； 刘丽娟 （９ ７ ， ，９ ９级硕士研究 生 １７ 一） 女 １９
Ｊ ｎ．２ ０ ｕ ０２
Ｖｏ ． ９ Ｎｏ． １３ ３
文章 编号 ：４ ０６ ５ （ ０ ２ ０ —４ ４０ ０ ９ —７ ６ ２ ０ ） ３０ ８ —３
电子 辐 照 Ｃ Ｚ Ａ１ 状 记 忆 合 金 马 氏体 稳 定 化 的研 究 ｕｎ 形
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关键 词 ： 电子 辐 照 ；形状 记 忆舍 金 ；点缺 陷 ；马 氏体 相 变 ；马 氏体 稳 定化
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文 献标 识 码 ： Ａ
Ｃ 基形状记忆合金是一种具有 良好 的形状记忆效应且价格低廉 的功能材料 ， ｕ 在核反应堆 等核环境下用 作连接器 ， 和控制器 已引起核材料科学家们 的关 注Ｌ Ｊ核辐射会改变形状记忆合金 的相变 特性［ ６， ｌ ． ｑ ４ ］研究 － 其改变的规律及机理 ， 对形状记忆合金在核环境下应用的可靠性和可行性 ， 以及对该合金形状记忆效应机理 的研究都是十分必要的 ． 另外 ， 如果 能有效地调节相变特性 （ 如相变温度 、 回复力等 ）使其满足特定需要 ， ， 对 于形状记忆合金的实际应用也是很有意义的．
４ ．Ｋ／ ｎ 测量 样 品 的相 变温 度 ． ３ ８ ｍｉ）
Co-Ni-Al系形状记忆合金马氏体相变过程及热力学特征的研究中期报告
Co-Ni-Al系形状记忆合金马氏体相变过程及热力学
特征的研究中期报告
本中期报告介绍了对Co-Ni-Al系形状记忆合金马氏体相变过程及热
力学特征的研究进展。
首先，我们制备了一系列Co-Ni-Al合金样品，并通过X射线衍射和
扫描电镜观察了其微观结构。
实验结果表明，样品的晶体结构在不同的
Ni和Al含量下存在明显的变化，且在Ni/Al比例接近1:1时，合金样品具有最稳定的马氏体相结构。
接着，我们对合金样品的马氏体相变过程进行了研究。
通过差示扫
描量热分析和X射线衍射，在不同的温度范围内监测了样品的相变行为。
实验结果表明，当样品被冷却到马氏体相变温度以下时，样品的晶体结
构会由高温下的奥氏体转变为低温下的马氏体，随着温度的升高，样品
又会恢复到原来的奥氏体相结构。
最后，我们还探究了合金样品在相变过程中的热力学特征。
通过计
算样品的热容和焓曲线，我们得出了样品在相变过程中吸放热量的大小
和相变的热力学稳定性。
实验结果表明，相比于其他Ni-Al系形状记忆合金，Co-Ni-Al合金具有更高的相变温度和更高的热稳定性，这使得其在实际应用中具有更广泛的应用前景。
总之，我们的研究为深入理解Co-Ni-Al系形状记忆合金的相变行为
和热力学特征提供了重要的实验基础。
马氏体相变及其在材料中的应用
马氏体相变及其在材料中的应用摘要：本文综述了马氏体相变的定义、分类、相变特征认识的进程, 以及与马氏体相变密切相关的形状记忆材料的发展。
以及形状记忆效应、铁基合金马氏体研究进展作总结。
对马氏体相变，形状记忆合金的继续研究和应用作了展望。
关键词：马氏体相变形状记忆合金形状记忆效应1前言马氏体相变定义: 替换原子经无扩散变换位移 (均匀和不均匀形变 )并由此产生形状改变和表面浮突呈不变平面应变特征的一级形核长大型的相变或简单地将马氏体相变称之为替换原子经无扩散切变(原沿相界面作协作运动 )并使其形状改变的相变[1]。
Delaey [2,3]将存在马氏体相变的不同合金系分为 : (l)溶剂原子具有同素异构转变的合金如铁及铁基合金；密排结构间的切变如Co及Co合金、稀土及其合金; (2 )具β相 Hume-Rothery结构及Ni基的形状记忆合金;(3)具有立方-正方(四角)的应力弛豫孪生马氏体的合金, 如镍基、锰基合金及Al5化合物等。
按动力学的不同特征将相变分为变温相变和等温相变；按热力学和相面动态将相变分为热弹性相变半热弹性相变和非热弹性相变。
,2马氏体相变分类马氏体相变动力学特征可分为四类: 变温式、等温式、爆发式和热弹性马氏体相变。
(1)变温马氏体大多数合金系具有变温马氏体相变特征。
如图1所示，成分为C的马氏体点为M s，在冷却过程中，温度降低到 Ms以下发生相变，不断降温,不断转变,转变量取决于冷却到达的温度 Tq。
如图所示,奥氏体冷却到马氏体点 Ms时,开始形成马氏体，其转变量f随着温度的降低而不断增加到达马氏体转变终了点( Mf) 温度时，并没有得到100% 的马氏体，而是尚有残余。
图 1 碳素钢变温马氏体相变动力学曲线多数钢的过冷奥氏体经变温转变形成马氏体，因此钢经淬火至室温时的残留奥氏体由马氏体点Ms、M f 来决定。
当马氏体点低时，Mf在室温以下时,将有较多的残留奥氏体。
如图2所示。
马氏体可逆转变和形状记忆效应
马氏体可逆转变和形状记忆效应在马氏体相变热力学一节中已经讨论到马氏体相变具有可逆性，并将马氏体向高温上的转变称为逆转变或反相变。
碳钢中的马氏体因其加热时极易分解，所以到目前为止尚未观直接察到它的逆转变。
但在一系列铁合金和非铁合金的马氏体相变中均已观察到逆转变的存在，并且在逆转变中亦观察到了表面凹凸现象，凹凸的方向正好和正相变相反。
已发现具有可逆马氏转变的合金有：Fe-Ni，Fe-Mn，Cu-Al，Cu-Au，In-Tl，Au-Cd，Ni-Ti等。
这些合金中的马氏体可逆转变，按其特点不同，可分为热弹性马氏体的可逆转变和非热弹性马氏体可逆转变两类。
热弹性马氏体的可逆转变是近代发展形状记忆材料的基础。
而非热弹性马氏体可逆转变则导致材料的相变冷作硬化，成为材料强化的途径之一。
（一）马氏体可逆转变的特点具有马氏体可逆转变的不同合金中，马氏体相变的热滞后现象有明显差异。
例如，在Fe-Ni合金（以此作为非热弹性马氏体可逆转变的代表）中，A S较M S高420℃，Au-Cd 合金（以此作为热弹性马氏体可逆转变的代表）中A S比M S 仅高16℃，如图3-100所示。
显然，这两种合金马氏体相变的驱动力差别很大，前者很大，后者很小。
因此，它们的相变行为也有很大的差别。
1、共同特点热弹性马氏体可逆转变和非热弹性马氏体可逆转变的共同特点是急速加热和冷却都不能遏制转变的进行。
在连续冷却时两种合金转变量随温度的变化都是连续的，即转变量是转变温度的函数，符合降温形成马氏体动力学的一般规律。
2、不同特点主要表现在M S以下两种合金马氏体的长大方式有着明显的差别。
（1）非热弹性马氏体在Fe-Ni合金中，连续冷却时新马氏体片不断形成，每一片都是突然出现，并迅速长大到极限尺寸。
因此，相变速率是温度下降速率的函数，马氏体是由成核率及每一片马氏体长大后的大小来决定的，而和长大速度无关。
因为Fe-Ni 合金马氏体相变驱动力很大，马氏体片长大速度极快。
马氏体性能及形状记忆合金
马氏体性能众所周知，马氏体是强化钢件的重要手段，而且一般认为，马氏体是一种硬而脆的组织，尤其是高碳片状马氏体。
要想提高淬火钢的塑性和韧性，必须用提高回火温度的方法，牺牲部分强度而换取韧性，就是说强度和塑性很难兼得。
但是近年来的研究工作表明，这种观点只是适用于片状马氏体，而板条状马氏体不是这样，板条状马氏体不但具有很高的强度而且具有良好的塑性和韧性，同时还具有低的脆性转变温度，其缺口敏感性和过载敏感性都较低。
马氏体的硬度和强度钢中马氏体机械性能的显著特点是具有高硬度和高强度。
马氏体的硬度主要取决于马氏体的含碳质量分数。
马氏体的硬度随质量分数的增加而升高，当含碳质量分数达到0.6%时，淬火钢硬度接近最大值，含碳质量分数进一步增加，虽然马氏体的硬度会有所提高，但由于残余奥氏体数量增加，反而使钢的硬度有所下降。
合金元素对钢的硬度关系不大，但可以提高其强度。
马氏体具有高硬度和高强度的原因是多方面的，其中主要包括固溶强化、相变强化、时效强化以及晶界强化等。
(1)固溶强化。
首先是碳对马氏体的固溶强化。
过饱的间隙原子碳在a相晶格中造成晶格的正方畸变，形成一个强烈的应力场。
该应力场与位错发生强烈的交换作用，阻碍位错的运动从而提高马氏体的硬度和强度。
(2)相变强化。
其次是相变强化。
马氏体转变时，在晶格内造成晶格缺陷密度很高的亚结构，如板条马氏体中高密度的位错、片状马氏体中的孪晶等，这些缺陷都阻碍位错的运动，使得马氏体强化。
这就是所谓的相变强化。
实验证明，无碳马氏体的屈服强度约为284Mpa,此值与形变强化铁素体的屈服强度很接近，而退火状态铁素体的屈服强度仅为98~137Mpa，这就说明相变强化使屈服强度提高了147~186MPa(3)时效强化。
时效强化也是一个重要的强化因素。
马氏体形成以后，由于一般钢的点Ms大都处在室温以上，因此在淬火过程中及在室温停留时，或在外力作用下，都会发生自回火。
即碳原子和合金元素的原子向位错及其它晶体缺陷处扩散偏聚或碳化物的弥散析出，钉轧位错，使位错难以运动，从而造成马氏体的时效强化。
cu-zn-al合金两相区淬火对形状记忆效应的影响
cu-zn-al合金两相区淬火对形状记忆效应的影响“形状记忆”描述了通过加热将塑性变形的样品恢复到原始形状的效果。
这种现象是由称为“热弹性马氏体转变”的结晶相变引起的。
在低于转变温度的温度下，形状记忆合金呈马氏体状态。
在这种情况下，它们的微观结构具有“自容双胞胎”的特征。
马氏体是软的并且可以通过去孪晶而相当大地变形。
加热到转变温度以上可恢复原始形变并将材料转变为高强度奥氏体状态。
奥氏体向马氏体的转变和马氏体向奥氏体的逆转变不在同一温度发生。
马氏体的体积分数图，或者更实际地说，负载恒定重量的金属丝的长度，作为温度的函数提供了以下温度的曲线：奥氏体开始温度(Ass)、奥氏体结束温度(Af)、马氏体开始温度（Ms）和马氏体结束温度（Mf）。
如果在Af和最大温度Md之间的温度范围内向形状记忆合金施加应力，则可能会产生应力诱发马氏体。
与通过常规机制使奥氏体变形相比，应力诱导和变形马氏体所需的能量更少。
此过程可容纳高达10%的应变（特定合金的单晶在某些方向上可显示高达25%的伪弹性应变）。
Ass奥氏体是空载条件下此温度下的热力学稳定相，当不再施加应力时，材料会弹回其原始形状。
这种非凡的弹性也被称为伪弹性或转换超弹性。
在Af以上的温度升高时，应力诱导马氏体变得越来越困难。
最终，通过常规机制使材料变形比通过诱导和变形马氏体更容易。
马氏体不再应力诱发的温度称为Md。
高于Md，合金像普通材料一样变形。
因此，超弹性仅在很窄的温度范围内被观察到。
形状记忆部件的设计，例如紧固件或致动器，是基于马氏体和奥氏体明显不同的应力/应变曲线，以及它们的温度依赖性。
图3显示了Ni-Ti合金在不同温度下的拉伸曲线。
虽然奥氏体曲线(T>Md)看起来像“普通”材料的曲线，但马氏体曲线(TAf时，加载时再次观察到平台。
在这种情况下，它是由应力诱发马氏体引起的。
卸载后，材料会在较低的应力（卸载平台）下转变回奥氏体。
随着温度的升高，加载和卸载平台应力都线性增加。
热处理对Cu-Zn-Al合金形状记忆效应的影响
热处理对Cu-Zn-Al合金形状记忆效应的影响田陆飞;王琦;刘振;石运中;贾丽莉;田磊【摘要】为提高Cu-Al形状记忆合金在应用过程中的稳定性及使用寿命,研究了在SME(ShapeMemory Effect)法训练条件下,热处理过程中不同的淬火介质对Cu-Zn-Al形状记忆合金形状记忆效应的影响.研究结果表明:使用不同的淬火介质,Cu-Zn-Al合金具有不同的形状记忆效应和不同的马氏体形貌,当淬火介质为冷水、冷油、沸水、沸油时.合金的形状记忆效应依次提高,马氏体形貌依次变得更为细小致密;随着训练次数的增加,位错增加,晶格原子有序度降低,形状记忆效应先急剧下降,后缓慢下降并趋于稳定.【期刊名称】《材料研究与应用》【年(卷),期】2011(005)001【总页数】4页(P35-38)【关键词】Cu-Zn-Al形状记忆合金;淬火介质;形状记忆效应【作者】田陆飞;王琦;刘振;石运中;贾丽莉;田磊【作者单位】济南大学材料科学与工程学院,山东,济南,250022;济南大学材料科学与工程学院,山东,济南,250022;济南大学材料科学与工程学院,山东,济南,250022;济南大学材料科学与工程学院,山东,济南,250022;济南大学材料科学与工程学院,山东,济南,250022;济南大学材料科学与工程学院,山东,济南,250022【正文语种】中文【中图分类】TG139.6形状记忆合金是利用应力和温度诱发相变的机理来实现形状记忆功能的,是一种兼有感知和驱动功能于一体的新型功能材料,因其独特的形状记忆性能,使其在航空航天业、核工业及普通工业中有着广阔的应用前景.其中铜基形状记忆合金具有材料来源广泛、造价低廉和易加工成型等优点,更具有实用意义而受到重视[1].形状记忆效应的好坏及稳定性,是决定铜基形状记忆合金工业实用性的关键指标.为了更准确更全面地认识铜基形状记忆合金,本文选用了具有代表性的Cu-Zn-A l合金作为研究对象,研究了在SM E法训练条件下,不同的淬火方式对Cu-Zn-A l合金形状记忆效应的影响,并从理论上解释了其内在的机理.实验用试样为70Cu-26Zn-4A l形状记忆合金,原料为 w(Cu)＞99%的电解铜、w(A l)＞99%的铝锭和w(Zn)＞99%的金属锌.将原料按比例置于中频感应炉中进行熔炼并制成合金铸锭,所制铸锭经扩散退火后置于850℃的箱式电炉中均匀化处理23 h,再随炉冷却,车去3 mm的外皮,然后进行锻造、轧制,把合金铸锭制成直径约为4 mm的圆棒,再将所制的圆棒冷拉成丝,在各次冷拉之间进行550℃中间退火处理,以消除加工硬化,最后一次拉伸变形后不再进行退火处理,保留冷加工态,最后将最终得到的直径为2 mm的丝,截成长为100 mm的若干段并校直.为使试样在测试前记忆的形状为直线,将校直的丝段约束在不锈钢管中,在800℃下保温10min,然后进行淬火,淬火介质分别为冷水、沸水、冷油、沸油,最后进行上淬处理,即放入沸水中时效10 min后空冷至室温.上淬的目的是为了尽量避免马氏体稳定化[2].采用SM E(Shape M emo ry Effect)训练法[3],进行形状记忆训练及测试.如图1所示,室温下将处理好的试样在自制的角度训练仪上均匀弯曲变形90°后稳定,放开约束后试样弹性回复到A处稳定,然后将试样放入沸水中,其发生单程形状记忆,回复到B处稳定.如此循环60次,每次分别记录∠A和∠B的度数.试样形状回复率η=(∠A-∠B)/∠A.1.3 微观组织制好的试样用5 g三氯化铁+15 mL盐酸+60 mL水配成的溶液腐蚀,用JPC-2C型立式金相显微镜观察试样的显微组织.2.1.1 金相组织图2为CuZnA l合金经800℃热处理后,经不同的淬火介质淬火后的金相照片.从图2可以看出,淬火后的合金组织均为典型的板条状马氏体,并且马氏体形貌取向一致.经冷水、冷油、沸水、沸油淬火后的合金,马氏体形貌依次变得更为细小,组织更为致密.2.1.2 淬火介质及训练次数对形状记忆效应的影响形状回复率η的测试结果见图3.从图3可见:当淬火介质依次为沸油、沸水、冷油、冷水时,形状回复率η依次降低,淬火介质为沸油时,形状回复率η值最高;随着训练次数的增加,四个试样训练初期的形状回复率都急剧下降,随着训练次数的增加,回复率先缓慢下降后趋于稳定.以沸油淬火试样为例,当训练次数 N＜10次时,合金的形状回复率η降低了40%,每训练1次平均降低4%;当训练次数10＜N＜60次时,合金的形状回复率η降低了30%,每训练1次平均降低0.6%;训练初期η下降幅度较大,从训练次数 N=1次至 N=60次,合金形状回复率降低了70%.在热处理过程中,由于冷却介质的不同,CuZnA l形状记忆合金会发生了B2或DO3的有序转变,转变成9R或18R马氏体,具体的转变过程为A2(无序β相)→B2(有序β2相)→DO3(有序)→18R马氏体或A2(无序β相)→B2(有序β2相)→9R马氏体[4-5].经800℃保温后淬入冷水、冷油中的合金,由于B2→DO3的转变不充分,形成了部分9R马氏体和部分18R马氏体[6-7],9R马氏体和18R马氏体会相互影响各自与母相的共格关系,从而影响其形状记忆效应;而淬入沸水、沸油中的合金,因合金组织在DO3温度区充分停留,B2几乎完全转变为DO3,冷却至Mf点以下的马氏体继承了DO3母相的有序结构,形成了18R马氏体.9R马氏体的过饱和空位浓度高于18R马氏体,而18R马氏体的有序度、致密度均高于9R马氏体[8-10],这与图2所示的金相照片相符.由于结构有序化是绝大多数形状记忆合金具有形变性能和形状记忆效应的重要条件,结构有序化程度越高,形变性能和形状记忆效应越好.因此,沸水、沸油淬火后的合金比冷水、冷油淬火后的合金具有更好的形状记忆效应.热处理制度不同会导致Cu-Zn-A l形状记忆合金的结构组织不同.文献[11]表明,在单纯的热循环中反复进行马氏体与母相间的相转变,会在母相中导入位错,而且随着循环次数的增加,位错密度也增加.这些缺陷会使部分马氏体发生稳定化,从而使合金的形状回复率降低.在本实验条件下,除了单纯热循环引起的位错滑移外,还同时存在着在马氏体状态下变形时造成的位错滑移,在使用过程中这些位错缺陷是造成合金形状回复率衰减的主要原因.在训练过程中重复进行强变形会不断引入位错,从而使母相和热弹性马氏体的有序晶格原子百分数不断降低[12-14],造成形状回复率下降.由于位错在训练初期增殖较快,所以形状回复率先急剧下降,随训练次数进一步增加,位错增加,位错间的缠结等交互作用增加,妨碍了位错进一步大量增殖[13],晶格有序度和母相与热弹性马氏体的共格关系不再受到严重破坏,因而单程记忆效应不再进一步急剧下降,而是缓慢下降并趋于稳定.(3)合金经淬火后具有典型的马氏体组织形貌,表明发生了马氏体相变.当淬火介质为冷水、冷油、沸水、沸油时,马氏体形貌依次变得更为细小,组织更为致密.(1)70Cu-26Zn-4A l合金依次经800℃热处理、不同淬火介质淬火及上淬处理后,具有不同的形状记忆效应.用沸油、沸水、冷油、冷水淬火时,合金形状回复率η依次下降,当淬火介质为沸油时,合金的形状记忆效应最好.(2)在热与应变循环过程中,随训练次数的增加,形状回复率η先急剧下降,然后缓慢下降并趋于稳定.这是由位错滑移的积累,而引起的马氏体稳定化造成的.【相关文献】[1]宋之敏,黄婉霞,刘民治.淬火保温时间对Cu-Zn-A l形状记忆合金形状记忆效应的影响[J].金属热处理,2003,28(11):28-31.[2]徐祖耀.形状记忆材料[M].上海:上海交通大学出版社,2000.[3]黄婉霞,宋之敏.(SIM+SM E)训练方法中的Cu-Zn-Al合金形状记忆效应研究[J].航空材料学报,2004,24(5):7-10.[4]陈丽萍,司乃潮.热处理对CuZnA l形状记忆合金热膨胀特性的影响[J].特种铸造及有色合金,2005,25(8):459-461.[5]李周,汪明朴,郭明星.CuZnAl形状记忆合金母相时效过程中的组织变化[J].材料热处理学报,2004,25(3):10-13.[6]陈树川,徐祖耀,杨凡,等.Cu-Zn-Al合金中马氏体稳定化与母相有序态[J].金属学报,1991,27(4):249-254.[7]宋之敏,黄婉霞.热处理对Cu-Zn-A l形状记忆合金单程形状记忆效应的影响[J].金属热处理,2004,19(4):14-17.[8]徐桂芳.热处理工艺对CuZnA l形状记忆合金组织与耐磨性能的影响[J].金属热处理,2001,26(12):40-42.[9]徐桂芳,司乃潮,李玉群.热处理工艺对铜锌铝形状记忆合金组织与滚动磨损性能的影响[J].兵器材料科学与工程,2004,27(4):28-32.[10]韩明.CuZnA l系合金热弹性马氏体相变的热滞[J].上海有色金属,1997,18(2):53-55.[11]NA KA TA Y,TADA KIT,SH IM IZU K.Thermal cycling effects in a Cu-Al-Ni shape memory alloy[J].Transactionsof the Japan Institute of Metals,1985,26(9):646-652.[12]史强军,王晓东,司乃潮.热处理对CuZnA l形状记忆合金塑性滞回耗能的影响[J].兵器材料科学与工程,2004,27(1):1-3.[13]李宁,黄姝珂,莫华强,等.预变形量和热与应变循环对CuZnA l合金形状记忆性能的影响[J].四川大学学报:工程科学版,2005,37(3):73-76.[14]漆睿,江伯鸿,徐祖耀.Cu-Zn-A l合金中马氏体的有序化对形状记忆效应的影响[J].金属学报,1998,24(4):228-235.。
形状记忆合金及其应用调研报告
形状记忆合金及其应用调研报告作为金属材料工程的学生，对材料的学习应该有更深入的了解，而不是拘泥于课本的一点基础理论。
材料学是一门学问很深的学科，材料的伟大之处远远不止于当下的一些理论知识，基础很重要，对外扩展也很重要，在材料科学基础这门课的理论指导下，我向外延申了解形状记忆合金与其应用等方面的知识，通过查找文献来补充与拓展，迈出我在材料学上的一小步。
一、形状记忆合金的机理形状记忆合金，简称：SMA。
根据上网查询资料可得知其名词解释为：是一种具有形状记忆效应的，并且能够感知温度和位移的，能将热能转化为机械能的新型功能材料。
具上网查询资料得知，在1951年得到美国人Lead，首先在Au—Cd、In—Ti合金中发现形状记忆效应(SME)，并且曾利用Au—47．5Cd合金的记忆效应制作升降机模型，但由于当时的合金元素市场价高并且有毒性，于是就没有做相关实验的尝试便在这世上销声匿迹了。
后来1963年在美国海军研究所，许多科学家发现Ni-Ti合金也有形状记忆效应，并且重新设计了实验，受到了世界各地相关学者的关注。
到了1969年美国的一家公司生产Ti-Ni-Fe记忆合金的金管接头，用于当时的一架战斗机上的液压管路系统的连接，这表示SMA在世界上第一次成功应用。
到了70年代正式扩大实际应用生产生活上。
短短十几年SMA的研究开始在全球开始普及，后来不到几年的时间里SMA快速发展了起来，开始作为商品进入人们的生活当中，在人们的生活当中开始普及了起来，下面我将主要开始介绍SMA的形状记忆机理。
形状记忆合金在高温加热处理后迅速冷却降温可以得到马氏体为主的不平衡组织，因为马氏体的一些特性，比如相对性差且相界面容易移动，导致以马氏体的这种结构组织较容易使移动路径调转方向往回走，发生晶格的有序逆转，也使其宏观样貌恢复到原来的形状。
这就是合金的形状记忆效应，而这种相变被称为热弹性型的马氏体相变属于马氏体相变的一种。
马氏体相变微观上是无扩散晶格相变，其原因是它的晶体结构的改变是随着剪切位移的改变而改变的。
马氏体可逆转变和形状记忆效应
马氏体可逆转变和形状记忆效应在马氏体相变热力学一节中已经讨论到马氏体相变具有可逆性，并将马氏体向高温上的转变称为逆转变或反相变。
碳钢中的马氏体因其加热时极易分解，所以到目前为止尚未观直接察到它的逆转变。
但在一系列铁合金和非铁合金的马氏体相变中均已观察到逆转变的存在，并且在逆转变中亦观察到了表面凹凸现象，凹凸的方向正好和正相变相反。
已发现具有可逆马氏转变的合金有：Fe-Ni，Fe-Mn，Cu-Al，Cu-Au，In-Tl，Au-Cd，Ni-Ti等。
这些合金中的马氏体可逆转变，按其特点不同，可分为热弹性马氏体的可逆转变和非热弹性马氏体可逆转变两类。
热弹性马氏体的可逆转变是近代发展形状记忆材料的基础。
而非热弹性马氏体可逆转变则导致材料的相变冷作硬化，成为材料强化的途径之一。
（一）马氏体可逆转变的特点具有马氏体可逆转变的不同合金中，马氏体相变的热滞后现象有明显差异。
例如，在Fe-Ni合金（以此作为非热弹性马氏体可逆转变的代表）中，A S较M S高420℃，Au-Cd 合金（以此作为热弹性马氏体可逆转变的代表）中A S比M S 仅高16℃，如图3-100所示。
显然，这两种合金马氏体相变的驱动力差别很大，前者很大，后者很小。
因此，它们的相变行为也有很大的差别。
1、共同特点热弹性马氏体可逆转变和非热弹性马氏体可逆转变的共同特点是急速加热和冷却都不能遏制转变的进行。
在连续冷却时两种合金转变量随温度的变化都是连续的，即转变量是转变温度的函数，符合降温形成马氏体动力学的一般规律。
2、不同特点主要表现在M S以下两种合金马氏体的长大方式有着明显的差别。
（1）非热弹性马氏体在Fe-Ni合金中，连续冷却时新马氏体片不断形成，每一片都是突然出现，并迅速长大到极限尺寸。
因此，相变速率是温度下降速率的函数，马氏体是由成核率及每一片马氏体长大后的大小来决定的，而和长大速度无关。
因为Fe-Ni 合金马氏体相变驱动力很大，马氏体片长大速度极快。
快速凝固Cu-Zr-Al合金的马氏体相变
０ 引言
等原子比 ＣｕＺｒ金属间化合物在室温以上较 高温度发生马氏体相变［１］，从立 方 相 Ｂ２→ 单 斜 相 Ｂ１９′的相变，这是一种非热弹性马氏 体 相 变［２］，基 于马氏体相变 ＣｕＺｒ合金能够产生形状记忆效应 且因相变温度 高 被 称 作 高 温 形 状 记 忆 合 金［３］．有 关该合金的马氏体相变与形状记忆效应的关系已 有许多研究 ．研 ［４１２］ 究 表 明，ＣｕＺｒ基 合 金 的 马 氏 体相 变 开 始 温 度 在 １１７℃ 以 上［８］，在 该 合 金 体 系 中加入第三组元元素将显著影响其马氏体相变，
报道．为此，本文针对 ＣｕＺｒＡｌ合金，通过 快速凝 固方法制备试样，利 用 电 阻 法 测 定 合 金 的 马 氏 体 相变温度，探索 Ａｌ含 量、结 晶 与 非 晶 等 对 马 氏 体 相变的影响，为非 晶 复 合 材 料 的 马 氏 体 相 变 理 论 研究积累数据．
１ 实验方法
１．１ 合 金 的 熔 炼 将 纯 度 为 ９９．９９％ 的 Ｚｒ、Ｃｕ、Ａｌ等 金 属 单 质 作 为 原 料 ，按 比 例 称 量 相 应 金 属 进 行 成 分 配 比 ，采 用真空电弧熔炼 炉 充 氩 保 护 熔 炼．为 降 低 炉 子 中 的氧含量，熔炼合 金 前 熔 炼 纯 钛 ３ｍｉｎ．为 保 证 合 金 的 成 分 均 匀 性 ，在 合 金 熔 炼 过 程 中 ，应 用 电 磁 搅 拌使熔体中的元 素 充 分 混 合，并 用 机 械 手 将 合 金 铸 锭 翻 转 ３～４ 次 ，熔 炼 ４～５ 次 ，最 后 凝 固 成 椭 球 形的合金铸锭． １．２ 试 样 制 备 将真空电弧炉炼制得到的合金铸锭切取一部 分置于真空电弧 炉 吸 铸 坩 埚 中 重 新 熔 化，随 后 将 熔融态合金吸铸到水冷铜坩埚下方的铜模中快速 凝固，吸铸成 棒 状 样 品，铜 模 内 径 尺 寸 为 Φ５ｍｍ
cu zn al合金中的时效台阶
cu zn al合金中的时效台阶一、引言Cu-Zn-Al合金是一种具有良好力学性能和耐腐蚀性能的高强度合金，在工业生产中有着广泛的应用。
其中，时效处理是该合金的重要工艺之一，可以显著提高其力学性能。
本文将对Cu-Zn-Al合金中的时效台阶进行详细介绍。
二、Cu-Zn-Al合金的组成及性质1. Cu-Zn-Al合金的组成Cu-Zn-Al合金是由铜、锌和铝三种元素组成的。
其中，铜是主要元素，占比约为60%~80%，锌和铝分别占比约为10%~20%和5%~15%。
2. Cu-Zn-Al合金的性质Cu-Zn-Al合金具有以下特点：（1）高强度：该合金具有很高的屈服强度和抗拉强度；（2）良好的耐腐蚀性：该合金在空气、水等环境中具有较好的抗腐蚀性；（3）优异的可塑性：该合金易于加工成各种形状。
三、Cu-Zn-Al合金中的时效处理1. 时效处理原理Cu-Zn-Al合金在固溶态经过快速冷却后，会形成一些不稳定的位错和固溶体。
在时效处理过程中，通过加热使这些位错和固溶体重新排列和分解，形成更为稳定的金相组织，从而提高合金的力学性能。
2. 时效处理方法（1）单步时效：将合金加热到一定温度，保温一段时间后快速冷却；（2）多步时效：将合金进行两次或以上的加热保温后再冷却。
四、Cu-Zn-Al合金中的时效台阶1. 时效台阶定义Cu-Zn-Al合金在进行多步时效处理时，会出现一些比较显著的强化现象。
这种强化现象被称为“时效台阶”。
2. 时效台阶特点（1）强度逐步增加：随着时效次数的增加，Cu-Zn-Al合金的屈服强度和抗拉强度逐步增加；（2）硬度递减递增：随着时效次数的增加，Cu-Zn-Al合金的硬度呈现出先递减后递增的趋势；（3）晶粒细化：随着时效次数的增加，Cu-Zn-Al合金中晶粒尺寸逐渐减小。
五、时效台阶的影响因素1. 温度：不同的温度会影响Cu-Zn-Al合金中的时效台阶，一般来说，随着温度的升高，时效台阶逐渐变小；2. 时效时间：不同的时效时间也会影响Cu-Zn-Al合金中的时效台阶，一般来说，随着时效时间的延长，时效台阶逐渐变小；3. 合金成分：不同的Cu-Zn-Al合金成分也会影响其时效台阶，一般来说，铝含量越高，Cu-Zn-Al合金中的时效台阶越明显。
稀土元素细化晶粒的Cu基记忆合金
稀土元素细化晶粒的Cu基记忆合金
常凤莲;王世栋
【期刊名称】《机械工程材料》
【年(卷),期】1995(019)002
【摘要】添加微量稀土元素Ｌａ细化了Ｃｕ－Ｚｎ－Ａｌ－Ｍｎ－Ｎｉ形状记忆合金的铸态，淬火态组织，同时合金的相变滞后宽度Ｍｓ－Ａｓ降低，马氏体不易稳定化。
稀土元素细化晶粒后，合金具有良好的单向和双向记忆效应，而且其冷加工性能有所改善。
【总页数】3页(P35-37)
【作者】常凤莲;王世栋
【作者单位】不详;不详
【正文语种】中文
【中图分类】TG139.6
【相关文献】
1.Cu基形状记忆合金的阻尼及记忆效应的应用 [J], 王建伟;宫晨利;赵礼
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SME训练Cu-Zn-Al合金的形状记忆效应研究
SME训练Cu-Zn-Al合金的形状记忆效应研究宋之敏;黄婉霞【期刊名称】《材料热处理学报》【年(卷),期】2004(25)1【摘要】研究了经SME训练Cu Zn Al合金的单向记忆动作敏感性、单向形状恢复率ηO 和双向形状恢复率ηT。
结果表明 :随训练次数增加 ,单向记忆的动作敏感性快速下降 ,当训练 10次 ,No .1和No.2合金已分别下降 5 8%和 5 4 % ,然后缓慢下降和趋于稳定 ,此时与初始值相比 ,No.1和No.2合金动作敏感性分别下降74 %和 72 % ,分别仅有初始值 2 6 %和 2 8%。
这在记忆合金驱动元件设计中有重要的参考价值。
随训练次数增加 ,单向形状记忆效应先急剧下降 ,然后缓慢下降至趋于稳定。
基本稳定时的单向形状恢复率不到初始值的 5 0 %。
然而 ,随训练次数增加 ,位错增加 ,可能引入更多择尤取向位错 ,从而促使形成更多择尤取向马氏体 ,导致双向形状记忆效应急剧上升 ,出现峰值 ,然后缓慢降至趋于稳定。
【总页数】4页(P23-26)【关键词】Cu基形状记忆合金;SME训练法;形状记忆效应;记忆动作敏感性【作者】宋之敏;黄婉霞【作者单位】四川大学分析测试中心;四川大学材料科学与工程学院【正文语种】中文【中图分类】TG139.6【相关文献】1.(SIM+SME)训练方法中的Cu-Zn-Al合金形状记忆效应研究 [J], 黄婉霞;宋之敏2.热处理对Cu-Zn-Al合金形状记忆效应的影响 [J], 田陆飞;王琦;刘振;石运中;贾丽莉;田磊3.Cu-Zn-Al合金形状记忆效应的机理分析 [J], 解光亮;丁秀香;杨红4.热处理对Cu-Zn-Al形状记忆合金单程形状记忆效应的影响 [J], 宋之敏;黄婉霞5.Cu-Zn-Al合金的显微组织及形状记忆效应 [J], 程晓敏;聂邦民;吴兴文;黄凤因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
Cu-Zn-Al合金逆形状记忆组织的电镜观察
Cu-Zn-Al合金逆形状记忆组织的电镜观察
董建新;陈复民;陈金铭;刘文西
【期刊名称】《金属学报》
【年(卷),期】1990(26)6
【摘要】用透射电镜观察了Cu-Zn-Al合金中逆形状记忆的贝氏体组织。
在外加约束应力作用下,逆记忆量可以提高一个数量级,贝氏体片侧相界面的抛物线轮廓和贝氏体片交叉曲折的现象说明了贝氏体展宽是扩散控制的切变过程。
【总页数】1页(PA467-A467)
【关键词】Cu-Zn-Al合金;逆形状记忆;贝氏体
【作者】董建新;陈复民;陈金铭;刘文西
【作者单位】天津大学;天津大学材料科学与工程系
【正文语种】中文
【中图分类】TG146.11
【相关文献】
1.热机械处理后的Cu-Zn-Al合金中α1组织的电镜观察 [J], 张庆安
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3.热处理对Cu-Zn-Al形状记忆合金单程形状记忆效应的影响 [J], 宋之敏;黄婉霞
4.Cu-Zn-Al合金的显微组织及形状记忆效应 [J], 程晓敏;聂邦民;吴兴文;黄凤
5.Cu-Zn-Al形状记忆合金热处理与显微组织结构的关系 [J], 孙丽虹;王瑞坤;张希顺;千东范;高宝东;刘亚秀;陈家光
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