第4章形状记忆合金及其在智能材料中的应用
形状记忆合金的机理及其应用
形状记忆合金的机理及其应用【摘要】形状记忆合金是一种能够记忆其原始形状并在适当条件下恢复的智能材料。
本文首先介绍了形状记忆合金的基本原理，包括其特殊的晶体结构和相变特性。
接着探讨了形状记忆合金在医疗器械和航空航天领域的广泛应用，如支架和航天器构件。
也介绍了形状记忆合金在智能材料中的应用，如自修复材料和智能纺织品。
文章总结了形状记忆合金的前景及发展趋势，指出其在未来有望在更多领域发挥重要作用，并可能带来更多创新和应用。
形状记忆合金的机理及其应用具有广阔的发展前景，将为科技领域带来更多新的可能性和机遇。
【关键词】形状记忆合金，机理，应用领域，医疗器械，航空航天，智能材料，前景，发展趋势1. 引言1.1 形状记忆合金的机理及其应用形状记忆合金是一种具有特殊性能的金属材料，其最显著的特点就是可以记忆其固有的形状并在外界条件发生变化时恢复到原来的形状。
这种特殊性能的机理主要是由于形状记忆合金内部的晶体结构和相变特性所决定的。
当形状记忆合金处于低温状态时，其晶体结构呈现出一种特定的形状；而当受热或外力作用时，形状记忆合金会发生相变，晶体结构重新排列，从而使材料发生形状变化。
形状记忆合金的应用领域非常广泛，包括医疗器械、航空航天、智能材料等。
在医疗器械领域，形状记忆合金可以被用于制作支架、植入物等医疗器械，因其具有良好的生物相容性和机械性能，可以有效帮助医生进行手术或治疗。
在航空航天领域，形状记忆合金可以被用于制作航空器件、航天器件等，因其轻便、耐高温等特点，可以大大提高航空航天设备的性能。
在智能材料领域，形状记忆合金可以被用于制作智能材料，可以根据外界条件变化自动改变形状，具有广阔的应用前景。
形状记忆合金的发展趋势是不断完善其性能，拓展其应用领域，推动其在工业生产和科研领域的广泛应用。
形状记忆合金将会在未来发挥越来越重要的作用，为人类社会的发展做出更大的贡献。
2. 正文2.1 形状记忆合金的基本原理形状记忆合金是一种具有特殊结构和性能的智能材料，其基本原理是在外界作用下能够发生可逆形变，并且恢复到其原始形状。
形状记忆合金的机理及其应用
形状记忆合金的机理及其应用形状记忆合金（Shape Memory Alloy，SMA）是指在外力驱动下可以产生形状记忆效应的金属合金，其最重要的特性是在一定范围内可以自恢复原始形状，同时具备优异的力学性能、良好的耐腐蚀性能及高温稳定性等优点。
SMA最早是在1962年由William Buehler 提出的，自此以后，SMA就被广泛研究并应用于不同领域。
SMA的特性是由其所具备的晶体结构和相变特性所决定的，SMA常见的结构类型有Cu-Zn-Al、Ni-Ti、Cu-Al-Ni、Fe-Mn-Si等。
其中，最为常用的是Ni-Ti SMA，这种合金具有良好的形状记忆效应和超弹性特性，是目前最为常用的SMA之一。
当SMA处于高温相（austenite相）时，晶体结构稳定，SMA可以被加工成任意形状。
当外界作用力使SMA在相变温度下降到低温相（martensite相），晶体结构失稳，原本具有的形状记忆效应就会被激发出来。
这种相变是可逆的，可以产生与消失形状记忆效应，从而使SMA表现出自修复、自调整和自适应等功能，被广泛应用于机械、微机电、汽车、医疗等领域。
SMA在机械系统中有广泛应用，例如：在阀门、制动系统、传感器和运动控制系统中使用的SMA弹簧、阀杆、马达和块体，以及金属粉末成型制造的SMA零件，可以安装在汽车和航空航天系统上，在温度和振动变化等条件下，能保障系统的性能稳定和安全可靠。
SMA在医疗系统中的应用也非常广泛，例如利用SMA刀具控制机械手的运动，可以在手术中进行精确的切割和缝合。
同时，利用SMA在不同温度下的形状变化，可以制造热敏支架、热敏钩子和热敏衬垫等医疗器械，可以在体内完成自动放置和释放、自由展开和收缩等操作，很好地解决了手术中的一些难题。
SMA还广泛应用于微纳机电系统（MEMS）中，例如利用SMA薄片可控制悬臂梁的挠度和弯曲，从而实现无线通信、火灾预警、生物传感和关节外科等微型器件。
此外，利用SMA 的变形能力和自恢复特性，也可以制造可变形的电缆、活塞和电子插头等调节设备，实现快速、准确、稳定和可靠的微调控制。
材料的形状记忆效应研究与应用
材料的形状记忆效应研究与应用材料的形状记忆效应是指某些特殊材料在受到外界力引起形变后，通过加热或者去除外界力，并保持在一定温度范围内，就能恢复到其原本的形状。
这种形状记忆的材料具有广泛的应用潜力，在工程技术和生物医学等领域都有重要的研究价值和应用前景。
一、形状记忆合金材料形状记忆合金是一种具有形状记忆效应的智能材料，其最典型的代表是镍钛合金（Ni-Ti合金），又被称为“记忆合金”。
形状记忆合金材料可以根据温度、应力或磁场等外界条件发生普氏体与马氏体相变，从而实现形状记忆效应。
这种材料在航空航天、汽车工业、电子设备等多个领域有广泛的应用，如飞机机翼的变形控制、自动调节阀门的控制等。
二、形状记忆聚合物材料形状记忆聚合物是指通过交联聚合改性的聚合物材料，具有形状记忆效应。
相比于形状记忆合金，形状记忆聚合物具有更高的拉伸性和可塑性，更适用于柔性器件和生物医学领域的应用。
形状记忆聚合物可以根据温度、湿度、pH值等外界刺激发生形变和恢复，可以用于制造智能温度传感器、人工肌肉、缓释药物输送系统等。
三、形状记忆液晶材料形状记忆液晶材料是指基于液晶原理、具有形状记忆效应的材料。
这种材料可以根据温度、光照等外界条件实现晶相的改变，从而实现形状的变化与恢复。
形状记忆液晶材料在显示技术、光学器件等领域有重要的应用，如切换窗帘、光学透镜等。
四、形状记忆仿生材料形状记忆仿生材料是指通过仿生学原理，设计和制造具有形状记忆效应的材料。
这种材料可以模拟生物体内的运动和形变过程，实现形状记忆效应。
形状记忆仿生材料在仿真机器人、医疗器械等领域有广泛的应用，如可变形手术器械、自适应机械臂等。
五、形状记忆材料的应用前景形状记忆材料具有广阔的应用前景，可以在机械、电子、医疗等多个领域发挥重要作用。
形状记忆合金可以用于智能结构、微机械系统等领域；形状记忆聚合物可以用于柔性传感器、人工肌肉等领域；形状记忆液晶材料可以用于光学、显示等领域；形状记忆仿生材料可以用于仿真机器人、生物医学等领域。
功能材料课件-形状记忆合金
合金产生宏观变形 变形随之消失
变形在Ms以上进行 无双程记忆效应
形状记忆
形状记忆合金的应用
阿波罗11号——天线
机械应用
自控元件
形状记忆合金制成的水龙头上的温度调节装置
制作发动机 利用形状记忆合金在高温、低温时发生相变，
产生形状的改变，并伴随极大的应力，实现机械能、 热能之间的相互转换。
课堂练习 简述形状记忆效应的种类及其特点。
形状记忆合金可以分为三种： 镍钛系 铜系 铁系
其性能见P51 表5-2
镍钛系
基本特点：记忆效应优良、性能稳定、生物相容性好等 一系列的优点。但制造过程较复杂、价格高昂。
（一）Ti-Ni基记忆合金中的基本相和相变
母相是CsCl结构的体心立方晶体(B2)
铜系
基本特点：形状记忆效应好，价格便宜，易于加工制造， 但强度较低，稳定性及耐疲劳性能差，不具有生物相容 性。 主要合金：主要由Cu-Zn和Cu-Al两个二元系发展而来
Cu-Zn合金的热弹性马氏体相变温度极低，通过加入Al, Ge, Si, Sn, Be可以有效的提高相变温度，由此发展了的Cu-ZnX(X= Al, Ge, Si, Sn, Be )三元合金。加入其它组元进一 步提高性能（多元合金）
基于高分子材料中分子链的 取向与分布的变化过程
分子链的取向与分布可 受光、电、热、或化学 物质等作用的控制
SMP 可 以 是 光 敏 、 热 敏 、 电敏等不同的类型。
形状记忆高分子（shape memory polymer, 简称SMP） 热敏型SMP的工作机制
课堂练习 简述形状记忆效应的种类及其基本特点
基于非热弹性可 逆马氏体相变
Fe-Mn-Si Fe-Ni-Si Fe-Cr-Si-Mn-Co
形状记忆合金的机理及其应用
形状记忆合金的机理及其应用形状记忆合金是一种智能材料，具有在受到外界刺激后恢复原本形状的特性。
它的机理及应用在材料科学领域引起了广泛的关注和研究。
本文将详细介绍形状记忆合金的机理以及其在各个领域的应用。
形状记忆合金的机理是由于其在相变时具有记忆性能。
通常形状记忆合金是一种金属合金，最常见的是钛镍合金。
当形状记忆合金处于高温相时，它可以被塑性变形，而当温度下降时它会回复原来的形状。
这种特性是由于形状记忆合金中存在马氏体相和奥氏体相两种组织结构。
由于形状记忆合金具有记忆形状的特性，它在各个领域都有着广泛的应用。
在医疗领域，形状记忆合金常用于医疗器械的制造。
例如在心脏手术中，可以使用形状记忆合金制成的支架，当支架导入到体内后可以根据体温发生形状变化，从而将支架固定在需要的位置。
形状记忆合金还可以应用于航空航天领域。
例如在航天器的发动机中，形状记忆合金可以用于制造喷嘴部件。
当喷嘴受到高温气流的冲击时，可以通过形状记忆合金的相变来保持喷嘴结构的稳定性，确保发动机的正常工作。
在建筑领域，形状记忆合金也有着广泛的应用前景。
例如可以用于地震防护结构中，当建筑物受到地震力作用时，形状记忆合金可以通过相变来调整结构的形状，减小地震对建筑物的影响。
形状记忆合金还可以用于高端制造领域。
例如在精密仪器的制造中，可以使用形状记忆合金制成的零部件，通过温度的变化来调整零部件的形状，从而实现精密的控制。
形状记忆合金是一种具有智能材料特性的材料，其机理是由于相变具有记忆形状的能力。
形状记忆合金具有着广泛的应用前景，在医疗、航空航天、建筑和高端制造等领域都有着重要的应用价值。
相信随着技术的不断进步，形状记忆合金的应用领域将会更加广泛，为人类社会的发展带来更多的便利和进步。
形状记忆合金的应用
形状记忆合金的应用形状记忆合金（Shape Memory Alloy，简称SMA）是一种具有记忆能力的特殊金属材料，具有很广泛的应用前景。
形状记忆合金在各个领域都有不同的应用，包括机械工程、医疗器械、航空航天等。
本文将介绍形状记忆合金的原理和几个主要应用领域，并对其应用前景进行展望。
我们来了解一下形状记忆合金的原理。
形状记忆合金是一种能够在外界刺激下发生可逆性形状变化的材料。
其形状记忆效应是由于合金中存在的固态相变引起的。
当形状记忆合金处于高温状态时，其具有良好的塑性，可以被加工成各种形状；而当温度降低到固定温度（也称为相变温度）以下时，形状记忆合金会发生固态相变，恢复到其记忆的形状。
这种特性使得形状记忆合金在许多应用领域有着独特的价值。
形状记忆合金在机械工程领域的应用非常广泛。
例如，在汽车制造过程中，形状记忆合金可以用于制造车身零部件、发动机阀门等。
当发生碰撞时，形状记忆合金可以通过自身的形状恢复能力，使车身零部件恢复到原始形状，从而减少碰撞对车辆的损害。
此外，形状记忆合金还可以用于制造机械臂、舵机等机械装置，通过控制温度来实现精确的运动控制。
医疗器械领域也是形状记忆合金的重要应用领域之一。
例如，在牙科医疗中，形状记忆合金可以用于制作牙套和矫正器等器械，通过控制温度来调整其形状，从而实现对牙齿的矫正。
此外，形状记忆合金还可以用于制造支架和血管材料等，通过温度变化来适应人体血管的形状，从而实现更好的医疗效果。
航空航天领域也是形状记忆合金的重要应用领域之一。
在航空航天器的制造中，形状记忆合金可以用于制造舵面、襟翼等部件，通过控制温度来实现对航空器的姿态控制。
此外，形状记忆合金还可以用于制造航天器的太阳能板，通过温度变化来调整太阳能板的展开和收起，实现对太阳能的更好利用。
除了上述几个领域，形状记忆合金还有许多其他的应用。
例如，它可以用于制造眼镜架、手表带等日常用品，通过温度变化来调整其形状，提高使用的舒适度。
第4章形状记忆合金及其在智能材料中的应用剖析
图4-8是NiTi记忆合金丝样品在393K温度下的应力-应变循环曲线，拉伸 应变为8％。 由图可见，随循环次数增加，加、卸载应力水平下降，残余应变值升高。
2018/2/3
NiTi 合金材料基本参数如表4-1所示，循环参数如表4-2所示。
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形状记忆合金的阻尼特性
阻尼是材料对振动能吸收的量度。材料对振动能的吸收可用内耗来表征。 工程上常用阻尼比(ζ)表示材料的阻尼能力，定义为
图4-4预应变为3％NiTi合金丝在升降温过程 中的回复力
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图4-5给出不同预应变量下NiTi合金丝的回复力与温度关系曲线。 由图可见，随着预应变增加回复力也加大。
图4-5不同预应变NiTi合金丝回复力与温度关系
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NiTi记忆合金储能、耗能、输出功与温度和预应变关系
NiTi记忆合金由于能够对外界作功(输出功)而作为智能材料系统的驱动 组元。
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这类相变具有热滞效应，如图4-1所示。图中四个相变特征温度分别为马 氏体转变开始温度Ms、终了温度Mf、母相转变(也称逆转变)开始温度As和终了 温度Af。相应的晶体结构变化在图中标出。热滞回线问的热滞大小一般为20 K～40 K。
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图4-1形状记忆合金在冷一热循环过程中呈现的热滞现 象
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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。 形状记忆效应是由于合金中发生了热弹性或应力诱发马氏体相变。在许 多形状记忆合金系中存在两种不同结构状态，高温时称之为奥氏体相，是一 种体心立方晶体结构的CsCl(又称B2)；而低温时称之为马氏体相(M)，是一种 低对称性的单斜晶体结构。合金成分的改变可以使马氏体形成和消失的温度 在173 K～373 K范围内变化。对于Ti-Ni系来说，B2到马氏体相之间还存在一 个很重要的R相，它具有菱形晶体结构。
形状记忆合金材料的制备及其应用研究
形状记忆合金材料的制备及其应用研究形状记忆合金材料是一种具有形状记忆和超弹性的功能材料，具有形变能力和恢复能力，并能在外力作用下实现形状变化。
该材料由普通金属元素组成，具有优异的力学性能、化学稳定性和重复使用性能，并且易于加工成各种形状，是一种十分有潜力的新型材料。
一、形状记忆合金材料的制备形状记忆合金材料的制备方法主要有两种：一种是金属粉末冶金法，另一种是真空蒸镀法。
1、金属粉末冶金法金属粉末冶金法是以金属粉末为原料，将其压制成型，再进行烧结或热压而得到的一种粉末材料。
对于制备形状记忆合金材料而言，金属粉末冶金法是一种比较常用的方法。
其制备流程基本包括原料的选择、球磨、混合、压制成型、静态或动态热处理等步骤。
2、真空蒸镀法真空蒸镀法是将形状记忆合金的元素蒸发到基底表面上，在真空中形成紧密结合的金属薄膜，便于加工成各种形状。
真空蒸镀法制备的形状记忆合金材料具有较强的表面硬度和耐腐蚀性能，但相比粉末冶金法制备的材料，其力学性能较弱。
二、形状记忆合金材料的应用形状记忆合金材料的应用范围十分广泛，具有很高的应用价值。
主要分为以下几个领域：1、传感器领域形状记忆合金材料是一种具有记忆形状和超弹性的智能材料，可以用于制作传感器，如温度传感器、压力传感器、位移传感器等。
这些传感器可以在极端条件下进行测量，具有高精度、高稳定性等特点，可以广泛应用于汽车工业、电子工业、航空航天等领域。
2、医疗领域形状记忆合金材料可以制作成医用支架、植入物等，用于支撑或修复骨骼、血管、神经等组织。
与传统的支架相比，形状记忆合金支架可以更好地适应体内形态和变化，减少对组织的损伤，是一种较为理想的材料。
3、智能材料领域形状记忆合金材料还可以用于制造智能材料，如智能合金、智能陶瓷等。
这种材料可以根据外界刺激自主地进行变形和恢复，具有广泛的应用前景。
例如，可以制作具有自修复功能的构件、具有适应能力的材料、具有变形控制能力的材料等。
总之，形状记忆合金材料是一种功能材料，具有良好的形状记忆和超弹性，易于制备和加工，具有广泛的应用前景。
形状记忆合金的机理及其应用
形状记忆合金的机理及其应用
形状记忆合金（Shape Memory Alloy，SMA）是一种具有形状记忆效应的特殊金属材料，它可以在受力后发生可逆性的形状变化。
SMA主要由镍钛合金或铜铝合金构成，这些合金能够在经历塑性变形后，通过加热或受力去除负荷来回复原始形状。
形状记忆合金的形状记忆机理主要涉及两个相互作用的阶段：亚稳相和稳定相。
在低温下，形状记忆合金处于亚稳相，其晶格结构呈现出低对称性。
当合金受力或加热时，合金中的相转变发生，形状记忆合金进入稳定相。
在稳定相中，合金的晶格结构发生变化，具有高对称性，导致原子重新排列并引发形状记忆效应。
形状记忆合金的应用非常广泛。
在机械工程领域，形状记忆合金常用于制作形状可变的机械元件，如夹具、阀门和泵等。
通过控制合金的加热和冷却过程，可以实现对机械元件形状的精确控制和调节。
在医疗领域，形状记忆合金用于制作血管支架，即支持心脏和其他血管的金属网状结构。
这种支架在体内植入时具有一定的弹性，可以适应血管的形状和大小。
当支架进入到体温下时，形状记忆合金会发生相变，并恢复到原始形状，固定在血管内，起到支撑和保持血管通畅的作用。
形状记忆合金还应用于航空航天领域。
它可以用于制作航天器和卫星中的天线、支撑结构和导向装置等。
由于航空航天器常处于极端环境下，形状记忆合金的耐腐蚀性和高温性能使其成为理想的材料选择。
形状记忆合金的机理主要是基于其相转变的特点，通过控制温度和应力来实现形状的可逆变化。
它的应用范围涵盖了机械工程、医疗和航空航天等多个领域，具有重要的科学研究和工程实践价值。
材料科学中的形状记忆合金应用
材料科学中的形状记忆合金应用随着科技的不断进步和发展，材料科学在现代产业中扮演着越来越重要的角色。
形状记忆合金作为一种新型材料，在各个领域都有着广泛的应用。
本文将重点介绍形状记忆合金的特点及其应用于生产制造和医疗领域的情况。
一、形状记忆合金的概述形状记忆合金，简称SMA，是一种具有记忆性能的智能材料。
它可以在外界条件变化的刺激下，通过膨胀、收缩、扭曲等形变，以回忆并恢复其预先设定的原始形状。
SMA独特的性质使得它应用在许多领域中，如生产制造、医疗、航空航天等，是一种非常有前景的材料。
二、形状记忆合金的特点1、具有高延展性和强韧度SMA的延展性很强，硬度也相对较高，可以避免在形状改变时断裂或断裂。
这意味着SMA可以在复杂的情况下执行工作任务，例如微型操纵或机械器件的旋转。
2、恢复高频率形状SMA能够以高频率收缩和膨胀，这是因为它的形状记忆机制与传统材料不同。
SMA在变形时需要耗费能量，而这种能量可以显著地快速释放。
因此，在需要快速形状改变的应用中，SMA通常是首选的材料之一。
3、自修复特性优良当SMA遇到轻微的撞击或压力时，具有自我给排氧的能力，并且可以很容易地自我修复。
这种特性使得SMA可以在高压或高温环境下操作，提高了其使用寿命。
三、形状记忆合金在生产制造领域的应用1、飞机零部件SMA通常在飞机机翼等结构中应用，例如作为弯曲和伸缩的元件、使托架或座椅框架易弯曲的关节。
该材料也可以用于航空航天制造中的翼尖，具有改善飞机稳定性的作用。
2、汽车零部件SMA可以用于汽车安全气囊中。
当气囊装置被激活时，SMA 可将包含气囊的体积扩大至数倍，形状的恢复速度也非常快。
四、形状记忆合金在医疗领域的应用1、牙套SMA材料可以被用于矫正牙齿的牙套中。
与传统的钢丝相比，SMA具有更好的恢复能力，更容易适应患者口腔内的形态，可以更好地适应患者需求。
2、内科医学器械SMA也可以被用于泌尿科等领域中的医疗器械中。
例如，可以用SMA制作支架，帮助患者治疗排尿障碍和结石等疾病。
形状记忆合金的机理及其应用
形状记忆合金的机理及其应用形状记忆合金（Shape Memory Alloys，SMA）是一种具有特殊记忆性能的金属材料，它可以在经历了变形之后恢复到原来的形状。
这种具有神奇特性的材料在多个领域都有着重要的应用，比如医疗器械、航空航天、汽车工业等。
本文将从形状记忆合金的机理入手，介绍其主要的应用领域，并展望其未来的发展前景。
一、形状记忆合金的机理形状记忆合金的记忆效应是其独特之处，它主要是由晶格结构的相变和马氏体转变引起的。
在形状记忆合金中，晶体结构可以在两种状态之间切换，一种是高温下的固溶体状态，另一种是低温下的马氏体状态。
在室温下，形状记忆合金处于变形后的状态，当温度升高时，晶格结构将发生相变，使得形状恢复到原来的状态。
这种温度诱导记忆效应是形状记忆合金能够恢复原状的重要机理之一。
形状记忆合金还具有应变诱导记忆效应。
在外力作用下，形状记忆合金会发生塑性变形，当外力消失后，形状记忆合金会恢复到原来的状态。
这是因为在外力作用下，形状记忆合金的晶格结构会发生相变，从而导致形状的改变。
一旦外力消失，形状记忆合金会重新发生相变，使得形状恢复到原来的状态。
形状记忆合金的记忆效应是由晶格结构的微观变化引起的，这种特殊的记忆性能使得形状记忆合金在许多领域中都有着广泛的应用。
1. 医疗器械形状记忆合金在医疗器械中有着重要的应用，比如支架和夹具等。
由于形状记忆合金具有记忆效应，可以在体内定位、调整，因此在心脏支架、动脉支架等方面有着广泛的应用。
形状记忆合金还可以用于牙科器械、外科手术器械等领域。
2. 航空航天形状记忆合金在航空航天领域也有着重要的应用，比如用于飞机的襟翼、起落架等部件。
形状记忆合金可以用于制造复杂形状的零部件，并且具有较高的强度和韧性，因此在航空航天领域有着广泛的应用前景。
3. 汽车工业在汽车工业中，形状记忆合金可以用于发动机部件、悬架系统等零部件的制造。
形状记忆合金具有耐磨性、耐腐蚀性和高温性能，可以提高汽车零部件的使用寿命和可靠性。
形状记忆合金的机理及其应用
形状记忆合金的机理及其应用形状记忆合金(Shape Memory Alloy, SMA)是一种具有特殊形状记忆能力的材料。
其最显著的特征是可以在经过预先训练(热处理)之后记忆一种"程序形状"，并在外力作用下回复至"程序形状"状态。
这种记忆能力不受重复使用次数的限制，也不受外力作用的方式和形式的限制。
形状记忆合金可以在变形后通过热处理使其回复其初始形状的记忆能力使其应用范围非常广泛。
形状记忆合金的机理主要是基于固溶体（通常是α-铁素体）和马氏体的互相转变而实现的。
固溶体经过加热或外力作用，固溶体中的一部分原子会从基体中脱离，形成一个稳定的马氏体。
马氏体在外力作用下会变形，当外力消失时，马氏体中的原子会回到固溶体中，形状就会回到马氏体形状。
该过程中需要考虑的重要参数是材料的几何尺寸，组成和热处理方式等。
由于其独特的形状记忆性质，形状记忆合金在许多领域得到了广泛的应用，包括航空航天、自动化、机器人技术、医疗器械、高桥、防卫、汽车等各个领域。
1、医学领域在医学领域中，形状记忆合金被广泛用于各种医疗设备和手术器械。
在医疗工具方面，形状记忆合金可以制作支撑器、生物医学设备、人工骨骼和人工关节等。
另外，一些医学器械如心脏起搏器也常常使用了形状记忆合金技术。
2、航天领域在航天领域中，形状记忆合金被用于可形变机构，包括太阳能电池板的弯曲以及测量仪器平衡器的控制。
这些应用的好处是，因为形状记忆材料可以自动记忆构型变化，机构开展和关闭的速度更快，操作精度更高。
3、军事领域军事领域也是形状记忆合金的一个重要应用领域。
在军事上，形状记忆合金被用于微型电动力系统，各种机器人，扩展拉门和武器的升降平台等。
4、机器人技术形状记忆合金的机构在机器人技术中应用广泛，例如腕部和手部关节，这些关节可以动作加强或抵抗力外力作用。
通过使用这种降低摩擦和惯性的技术可以实现更高的运动精度。
5、汽车领域在汽车领域中，形状记忆合金主要用于制造汽车变速器的锁定按钮等。
形状记忆合金的应用
形状记忆合金的应用形状记忆合金（SMA）是一种具有特殊形状记忆特性的金属合金材料，它能够记住并恢复其原始形状，即使在经历了弯曲、扭曲等变形之后。
这种特殊的性质为SMA在多个领域的应用提供了巨大的潜力，包括医疗器械、航空航天、汽车工业和建筑工程等领域。
本文将深入探讨SMA在这些领域的具体应用，并分析其未来的发展趋势。
SMA在医疗器械领域的应用十分广泛。
由于其具有形状记忆特性，SMA可以被用于制造支架、植入物和外科器械等医疗器械。
利用SMA制造的支架能够在植入血管中后根据体温自行展开，从而减少手术风险和提高手术效率。
SMA还可以被用于制造可变形的植入物，可以使患者在手术后更快地康复。
随着医疗技术的不断进步，SMA在医疗器械领域的应用前景十分广阔。
航空航天领域也是SMA的重要应用领域之一。
在航空航天工程中，SMA可以被用于制造飞机零部件、航天器配件和卫星机构。
利用SMA制造的飞机零部件能够在高温和高压环境下自行调整形状，提高了航空器的安全性和可靠性。
SMA还可以被用于制造太阳能帆板和卫星折叠结构，提高了太空探索的效率和成本效益。
随着太空科技的不断发展，SMA在航空航天领域的应用前景将会更加广阔。
SMA在汽车工业领域也有着重要的应用价值。
在汽车制造过程中，SMA可以被用于制造变形记忆合金悬挂系统、智能车身件和碰撞缓冲器等关键部件。
利用SMA制造的变形记忆合金悬挂系统可以自动调节悬挂高度和刚度，提高了汽车的行驶稳定性和舒适性。
SMA还可以被用于制造智能车身件，能够自动调整车身形态，减少空气阻力，提高汽车的燃油经济性。
在碰撞缓冲器方面，SMA能够在碰撞时迅速回复原始形状，提高汽车的 passivo安全性。
随着汽车工业的快速发展，SMA在汽车工业领域的应用潜力十分巨大。
SMA还在建筑工程领域展现出了巨大的应用前景。
利用SMA制造的形状记忆合金构件可以用于支撑大型建筑和桥梁结构，能够在地震或强风等自然灾害发生时自动调整形状，保障了建筑的安全性和稳定性。
形状记忆合金
形状记忆合⾦形状记忆合⾦摘要：扼要地叙述了形状记忆合⾦及其性能，介绍了形状记忆合⾦在许多领域的应⽤以及未来的⼀些发展趋势。
关键词：形状记忆合⾦、应⽤⼀、形状记忆合⾦的发展形状记忆合⾦是在⼀个偶然的机会中，⽆意间被发现的。
那是1961年春末夏初的事情，⼀天，美国海军的⼀个研究所军械研究室的冶⾦专家彼勒，因在其试验的⼯程中需要⼀批特殊的合⾦丝——镍（Ni）钛(Ti)合⾦丝（⼜称NT合⾦）。
由于从仓库领来的这些细丝弯弯曲曲盘在⼀起，于是彼勒让⼯作⼈员把它们⼀根⼀根的拉直备⽤，然⽽在这⼀过程中，⼯作⼈员惊异的发现，这些被拉直的镍钛合⾦丝在接近⽕源时，奇迹出现了，它们马上⼜恢复到与领来时完全⼀样的弯曲形状，堆积在⼀起。
冶⾦专家彼勒对此是既感到惊异⼜⾮常有兴趣。
为了证实这种现象的存在，他⼜进⾏了多次重复实验进⾏验证，把弯曲的镍钛合⾦丝拉直后再加热，当弯曲的镍钛合⾦丝升⾼到⼀定的温度时，这些合⾦丝果然⼜恢复到了原先的弯曲状态。
彼勒的实验结果表明：镍钛合⾦具有“单向”形状记忆功能，它能“记住”⾃⼰在较⾼温度状态下的形状，⽆论平时把它变成何种形状，只要把它加热到某⼀特定的温度，它就能⽴即恢复到原来的形状。
免费论⽂，记忆能⼒。
将NT合⾦加⼯成⼀定的形状，在300℃～1000℃温度下热处理30分钟，这种合⾦就能“记住”⾃⼰的形状。
在彼勒研究的基础上，科学家们通过进⼀步的研究与实验还发现：⾃然界确实存在着能恢复原状的物质。
科学家们把镍钛合⾦所具有的这种特性称为合⾦的“形状记忆效应”；称这种能恢复原状的合⾦为形状记忆合⾦。
科学家们在深⼊研究的过程中还发现，许多合⾦，如⾦镉合⾦、铜铝镍合⾦、铜锌合⾦等，也有如同镍钛合⾦⼀样的形状记忆功能。
⼆、形状记忆合⾦的性能（⼀）超弹性特性（伪弹性，机械形状记忆效应）形状记忆合⾦的机械性质优良，能恢复的形变可⾼达10％，⽽⼀般⾦属材料只有0.1％以下，⼏乎⾼出普通⾦属材料弹性应变两个数量级 ,可⽤来提⾼材料的冲击韧性将编制成⽹状的NiTi合⾦丝贴在⾼分⼦材料表⾯，明显提⾼了冲击韧性。
形状记忆合金的机理及其应用
形状记忆合金的机理及其应用形状记忆合金是一种具有特殊记忆性能的金属材料，它可以在经历形变后恢复到原来的形状。
这种金属材料具有许多独特的特性，因此在许多领域具有广泛的应用。
本文将介绍形状记忆合金的机理及其在工程、医疗、航空航天等领域的应用。
形状记忆合金的机理形状记忆合金最常见的例子是钛镍合金，它是一种由钛和镍组成的合金材料。
形状记忆合金的记忆效应是其最显著的特性之一，这是由其特殊的晶体结构和相变特性所决定的。
在常温条件下，形状记忆合金处于其高温相状态，即奥氏体相。
在这种状态下，合金具有良好的塑性和可形变性，可以通过外力进行形变而不会发生破裂。
当形状记忆合金被加热到一定温度时，会发生相变，转变为低温相状态，即马氏体相。
在这种状态下，合金会恢复到原来的形状，消除之前的形变痕迹。
形状记忆合金的相变过程是通过应力诱导和温度诱导两种方式进行的。
应力诱导相变是指在受到外力作用时，合金会发生相变，从而产生形变，而温度诱导相变则是指在特定温度下发生相变，使合金恢复原来的形状。
由于其特殊的记忆性能，形状记忆合金在许多领域具有广泛的应用。
在工程领域，形状记忆合金被广泛应用于机械和汽车领域。
可以将形状记忆合金用于制造汽车零部件，如车身结构和发动机零件，以提高汽车的安全性能和耐久性。
形状记忆合金还可以用于制造高性能阀门、管道连接件等，以应对极端工况下的压力和温度变化。
在医疗领域，形状记忆合金被广泛应用于医疗器械和植入物。
可以将形状记忆合金用于制造支架和植入内置器件，如心脏起搏器和血管支架，以治疗心血管疾病和其他疾病。
形状记忆合金还可以用于制造牙齿矫正器和关节假体，以改善患者的生活质量。
形状记忆合金具有独特的记忆性能和优异的物理特性，使其在工程、医疗、航空航天等领域具有广泛的应用前景。
随着材料科学和工程技术的不断发展，形状记忆合金将会有更加广泛的应用和推广，为人类社会的发展和进步做出更大的贡献。
形状记忆合金
生物医疗
用于医学领域的 TiNi形状记忆合金，除了利用其形状记忆效应或超弹性外，还应满足化学和生物学等方面 的要求，即良好的生物相容性。TiNi可与生物体形成稳定的钝化膜。在医学上 TiNi合金主要应用有：
(a)牙齿矫形丝用超弹性 TiNi合金丝和不锈钢丝做的牙齿矫正丝，其中用超弹性 TiNi合金丝是最适宜的。 通常牙齿矫形用不锈钢丝 CoCr合金丝，但这些材料有弹性模量高、弹性应变小的缺点。为了给出适宜的矫正力， 在矫正前就要加工成弓形，而且结扎固定要求熟练。如果用 TiNi合金作牙齿矫形丝，即使应变高达10%也不会产 生塑性变形，而且应力诱发马氏体相变（stress-induced martensite）使弹性模量呈现非线型特性，即应变增 大时矫正力波动很少。这种材料不仅操作简单，疗效好，也可减轻患者不适感。
还可用于制造探索宇宙奥秘的月球天线，人们利用形状记忆合金在高温环境下制做好天线，再在低温下把它 压缩成一个小铁球，使它的体积缩小到原来的千分之一，这样很容易运上月球，太阳的强烈的辐射使它恢复原来 的形状，按照需求向地球发回宝贵的宇宙信息。
另外，在卫星中使用一种可打开容器的形状记忆释放装置，该容器用于保护灵敏的锗探测器免受装配和发射 期间的污染。
分类
形状记忆效应
伪弹性
形状记忆效应
单程记忆效应。形状记忆合金在较低的温度下变形，加热后可恢复变形前的形状，这种只在加热过程中存在 的形状记忆现象称为单程记忆效应。
双程记忆效应。某些合金加热时恢复高温相形状，冷却时又能恢复低温相形状，称为双程记忆效应。
全程记忆效应。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低温相形状，称为全程记忆效应。
其它
在工程和建筑领域用 TiNi形状记忆合金作为隔音材料及探测地震损害控制的潜力已显示出来。已试验了桥 梁和建筑物中的应用，因此作为隔音材料及探测损害控制的应用已成为一个新的应用领域。
智能材料在智能家居中的应用
智能材料在智能家居中的应用在当今科技飞速发展的时代，智能家居已经逐渐从科幻电影中的想象走进了我们的现实生活。
智能家居通过将各种先进的技术和设备整合在一起，为我们提供了更加便捷、舒适、安全和节能的居住环境。
而在众多的创新技术中，智能材料的应用无疑是一个引人注目的领域。
智能材料是指能够感知环境变化，并能通过自身的性能变化来适应环境或对环境做出响应的材料。
这些材料具有独特的性能，如形状记忆、自修复、变色、压电效应等，为智能家居的发展带来了全新的可能性。
首先，形状记忆合金在智能家居中的应用具有很大的潜力。
形状记忆合金是一种能够在一定条件下恢复其原始形状的特殊材料。
比如，在智能窗户中，使用形状记忆合金制成的窗框可以根据温度的变化自动调节窗户的开合程度。
当温度升高时，合金收缩，窗户自动打开，促进通风散热；当温度降低时，合金伸展，窗户自动关闭，保持室内温暖。
这种智能窗户不仅能够提高居住的舒适度，还能够有效地节省能源。
其次，自修复材料为智能家居设备的耐久性提供了保障。
日常生活中，家具和电器的表面容易受到磨损和划伤。
自修复材料能够在受到损伤后自动修复表面的划痕和裂缝，延长设备的使用寿命。
例如，采用自修复涂层的智能家具表面，一旦出现微小的划痕，涂层中的特殊成分会迅速流动并填补划痕，使家具表面恢复如初。
智能变色材料也是智能家居中的一大亮点。
这种材料能够根据光照、温度、湿度等环境因素改变颜色。
在智能照明系统中，使用变色灯泡可以根据室内的光线强度自动调整灯光的颜色和亮度，营造出更加舒适和温馨的照明环境。
此外，智能变色玻璃在智能家居中的应用也越来越广泛。
这种玻璃能够在不同的电压下改变透明度，实现从透明到不透明的转换。
在白天，玻璃可以保持透明，让充足的阳光照进室内；在晚上或者需要隐私的时候，玻璃可以变为不透明，保护个人隐私。
压电材料在智能家居中的应用也不容忽视。
压电材料在受到压力或振动时会产生电能。
利用这一特性，可以将压电材料应用于地板或楼梯中，当人们行走在上面时，产生的压力会被转化为电能，为智能家居设备供电。
形状记忆合金的机理及其应用
形状记忆合金的机理及其应用形状记忆合金（Shape Memory Alloys，SMA）是一种特殊的金属材料，具有能够记忆并恢复其原始形状的能力。
其机理基于固体相变原理和晶格结构的变化。
形状记忆合金最常见的一种是尼钛合金（nitinol），由镍和钛两种金属元素组成。
在高温下，尼钛合金会变得柔软并能够被塑形。
当尼钛合金被冷却至低温时，其晶格结构会发生变化，形成一种称为马氏体的结构。
在这种状态下，尼钛合金的形状会恢复到其原始形状，即具有形状记忆的能力。
形状记忆合金的机理可分为两个过程：相变和相互作用。
相变过程是指材料从奥氏体相（高温相）向马氏体相（低温相）的转变。
当形状记忆合金处于高温下时，其晶格结构呈现出一种称为奥氏体的结构，具有高度的塑形性。
当材料冷却至低温时，奥氏体相会转变为马氏体相。
这一相变过程是可逆的，也就是说，当材料再次加热时，马氏体相会转变回奥氏体相。
相互作用过程是指形状记忆合金在不同温度下发生形状变化的能力。
当材料处于马氏体相时，其形状会被锁定。
这是由于马氏体相的晶格结构的排列方式与原始形状相匹配。
当材料受到外界的力或热作用，温度升高时，马氏体相会发生相变并转变为奥氏体相。
在这一过程中，形状记忆合金可以被重新塑形，但一旦材料被冷却至低温，马氏体相又会重新形成，并恢复到原始形状。
形状记忆合金具有许多应用的领域。
其中最常见的是医疗领域，如心脏支架、血管支架和牙齿矫正器等。
形状记忆合金可以根据人体的温度变化和力的作用，自动调整其形状，从而确保医疗器械的稳定性和适应性。
形状记忆合金还被广泛应用于机械工程、航空航天、汽车制造等领域。
形状记忆合金可以用于机械开关、飞机翼尖和汽车阀门等部件。
通过利用形状记忆合金的形状稳定性和自适应性，可以提高设备的性能和可靠性。
形状记忆合金具有独特的机理和广泛的应用。
它通过相变和相互作用的过程，实现了记忆和恢复原始形状的能力，为不同领域的应用带来了许多创新和改进的机会。
形状记忆合金丝的应用
形状记忆合金丝的应用形状记忆合金丝是一种具有特殊性能的材料，在工业制造和科学研究领域有着广泛的应用。
本文将介绍形状记忆合金丝的基本特性，以及其在各个领域的具体应用，并探讨其未来在技术创新中的潜在应用。
一、形状记忆合金丝的基本特性形状记忆合金丝是一种可以恢复到预设形状的智能材料，它通常由镍钛合金等特定合金组成。
最重要的特性之一就是其“记忆”功能，即通过加热或施加力的方式，可以使其返回到之前设定的形状。
这种特性使得形状记忆合金丝在各种工程和科学应用中有着广泛的用途。
二、形状记忆合金丝的应用领域1. 医疗领域形状记忆合金丝在医疗器械中有着重要的应用。
在心血管介入手术中，可以利用其形状记忆的特性，使支架在体内展开并固定在需要的位置；在牙科治疗中，也可以利用形状记忆合金丝的特性来制作牙齿矫正器和牙齿内置设备。
2. 汽车工业在汽车工业中，形状记忆合金丝可以被用于发动机和车身部件的控制装置，例如利用其形状记忆特性来调整汽车运动中的零部件位置，提高汽车的性能和舒适性。
3. 建筑工程在建筑工程中，形状记忆合金丝可以被用于控制建筑物中的柱子、横梁等结构元件的变形和应力分布，从而提高建筑物的稳定性和安全性。
4. 电子领域形状记忆合金丝可以被应用在微型机械装置中，例如在微型电机、传感器、微型执行器等方面。
其形状记忆特性可以用来控制微型装置的位置和运动，从而实现微型机械系统的精确控制。
5. 其他领域形状记忆合金丝还可以被应用在航空航天、纺织、家电等多个领域，为技术创新和产品改进提供可能性。
三、形状记忆合金丝的未来应用随着科技的不断发展，形状记忆合金丝在未来将有更广泛的应用前景。
在生物医学工程领域，可以开发更精密的生物医学设备，利用其形状记忆特性进行精确的操作和治疗；在机器人领域，可以利用其形状记忆特性使机器人的结构更加灵活和智能；在新能源领域，可以利用其形状记忆特性制造更高效的能源转换装置等。
形状记忆合金丝作为一种智能材料，其在各个领域的应用将会不断拓展和深化，为人类生活和工业生产带来更多便利和可能性。
第4章形状记忆合金
NiTi合金丝复合材料
步骤
① 形状记忆合金处于奥氏体状态，复合于基 体中； ② 复合材料冷却到Mf以下，使形状记忆合 金处于马氏体状态；
③ 使复合后材料变形； ④ 当温度升到As以上时，因形状记忆合金 收缩受到基体的约束，在复合材料中产生 压应力，使得复合材料的拉伸性能提高， 从而使内部的损伤裂纹自动闭合。
形状记忆合金的应用
提高冲击韧性 主动控制裂纹产生和扩展 主动控制振动 良好“自适应”耐疲劳磨损 作自适应紧固件、连接件和密封垫 热敏控制器 医学方面应用 智能机械 在宇航空间技术方面
提高冲击韧性
有些高分子材料在加载、卸载过程中，由于不存 在塑性屈服而呈现脆性，冲击韧性往往很低，例 如石墨／树脂复合材料在使用中的最大缺点是不 耐冲击。当应力超过屈服强度时，复合材料不发 生塑性屈服而呈现突然灾难性断裂。有人曾采用 橡胶增韧和在复合材料内部形成热塑性纤维／基 体界面层增韧方法，但效果均不理想。
作自适应紧固件、连接件和密封垫
应用
形状记忆合金连接系统为计 算机、数据储存、通信和发 射等军用或民用系统提供了 可靠连接。在光通信中光导 纤维的对中连接就是采用一 种称为闷头连接器的连接件， 如图4-35所示。当加热时， 形状记忆合金的闷头连接器 的小塞头就与大的环圈连锁。 冷却时，两个元件很牢固地 连接在一起，保证了光导纤 维的对中。
应用
形状记忆合金在医学方面的应用
应用
NiTi记忆合金在医学领域具有很多用途，例如牙齿整形、脊椎侧 弯哈氏棒、妇女避孕环、人工关节和接骨板等，已成为商业性 的生物医用材料。 用记忆合金丝制成的螺线导管，前端装有内窥镜，穿入光 纤用作显示图像，其形状可随器官的形状自如地变化，极 易插入体内，同时可提高尖端工作部分的操作性能，还可 大大减小受检者的痛苦。是一种柔软并能自由弯曲的“能 动型”内窥镜。 目前正在研究防止血栓的过滤器。将这种过滤器插入患者 静脉就可防止血栓进入心脏或肺脏。将NiTi丝作为人工心肌 纤维包裹在弹性体制成的人工心脏外部，周期性地给以电 脉冲加热，则可使心脏伸缩运动。如能成功地植入人体， 那将给成千上万的心脏病患者带来福音。
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图4-4预应变为3％NiTi合金丝在升降温过程 中的回复力
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图4-5给出不同预应变量下NiTi合金丝的回复力与温度关系曲线。 由图可见，随着预应变增加回复力也加大。
图4-5不同预应变NiTi合金丝回复力与温度关系
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NiTi记忆合金储能、耗能、输出功与温度和预应变关系
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这类相变具有热滞效应，如图4-1所示。图中四个相变特征温度分别为马 氏体转变开始温度Ms、终了温度Mf、母相转变(也称逆转变)开始温度As和终了 温度Af。相应的晶体结构变化在图中标出。热滞回线问的热滞大小一般为20 K～40 K。
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图4-1形状记忆合金在冷一热循环过程中呈现的热滞现 象
是内耗， 幅
和
分别表示第n次和第n+1次振动的振
由于马氏体相变的自协调和马氏体中形成的各种界面(孪晶面、 相界面、变体界面)的滞弹性迁移，形状记忆合金会吸收能量而具有很 好的阻尼特性。在马氏体相变过程中，马氏体的成核和生长对振动的吸 收也会逐渐增加。通常，材料的阻尼随条件不同有很大变化。其中 温度、频率和幅值是最主要的影响因素。阻尼的测量方法也有多种，且 各有适应条件。
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4.3 NiTi形状记忆合金的驱动特性研究
预应变NiTi合金丝在加热、冷却过程的回复力一温度曲线
图4-4是预应变为3％的NiTi合金丝在升降温过程中的回复力。可见，母 相回复力随温度升高而增大，马氏体相变回复力随温度降低而减少。在 同一温度下，马氏体相变的回复力大于母相相变回复力。
图4-2形状记忆效应的微结构变化过程 (a)母相奥氏体(b)冷却时的微孪晶马氏体(c)变形后的单一趋向马氏体
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(d)加热时马氏体可逆转变为奥氏体，形状恢复
形状记忆合金可以分为三种： （1）单程记忆效应
形状记忆合金在较低的温度下变形，加热后可恢复变形前的形状，这种 只在加热过程中存在的形状记忆现象称为单程记忆效应。
现在已发现具有形状记忆效应的合金至少有：
(1)Ti-Ni，Ti-Nb，Ti-Ni-X(Fe，Cu，Au，Pt，Pd)；
(2)Au-Cd，Au-Cu-Zn； (3)Cu-Zn，Cu-Zn-Al，Cu-Zn-Sn，Cu-Zn-Ni，Cu-Zn-Si，Cu-Zn-Ga，Cu-Al，Cu-Al-Ni， Cu-Al-Mn，Cu-Al-Si； (4)Ag-Cd，Ag-Zn-Cd，Ag-Zn； (5)Ni-Al，Ni-Al-Co，Ni-Al-Ga，Ni-Al-Ti；
在不同温度下，形状记忆合金(SMAs)的应力(σ)与应变(ε) 之间存在着不同的热滞回线特征。
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图4-3 NiTi合金在不同温度下的应力-应变关系曲线
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SMAs热弹性马氏体相变的一维本构关系可表示为 （ （4-1）
为SMAs丝的应力、应变对时间的导数； 为温 度对时间的导数； 为马氏体含量(0≤ζ≤1)对时间的 导数；E为弹性模量;θ为热弹性系数；Ω为相变系数。E 和θ是温度T和马氏体含量ζ的函数。文献中将E和θ作 常数处理。 将式(4-1)对时间积分可得到形状记忆合金的应力、应 变、温度和马氏体构成的本构关系式： （4-2）
图4-8是NiTi记忆合金丝样品在393K温度下的应力-应变循环曲线，拉伸 应变为8％。 由图可见，随循环次数增加，加、卸载应力水平下降，残余应变值升高。
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NiTi 合金材料基本参数如表4-1所示，循环参数如表4-2所示。
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形状记忆合金的阻尼特性
阻尼是材料对振动能吸收的量度。材料对振动能的吸收可用内耗来表征。 工程上常用阻尼比(ζ)表示材料的阻尼能力，定义为
Hale Waihona Puke （2）双程记忆效应某些合金加热时恢复高温相形状，冷却时又能恢复低温相形状，称为双 程记忆效应。
（3）全程记忆效应
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低温相形状， 称为全程记忆效应。
这三种效应的产生与材料的成分、处理工艺等因素有关。
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形状记忆合金伪弹性：
冷却时，在无应力条件下马氏体在Ms开始形成。若施加应力，马氏体可以在Ms 以上温度形成，这种马氏体称为应力诱发马氏体(StressInducedMartensite ，简称SIM)。它的相变驱动力不是热能而是机械能。当 材料处于Ms～Md温度范围时发生变形，就会产生伪弹性，类似橡胶。Md是应力 诱发马氏体相变的终了温度。
NiTi记忆合金由于能够对外界作功(输出功)而作为智能材料系统的驱动 组元。
图4-6 伪弹性NiTi合金丝的应力 ---应变关系曲线 图4-7 NiTi合金丝输出功与预应变、温度关系曲 线
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可以得出如下结论：预应变NiTi 形状记忆合金丝的输出功是预应变和 温度的函数，输出功随温度升高而增加；在同一温度下，随预应变增加而输 出功呈线性增加。 在准静态条件下，随温度升高，NiTi 记忆合金储能、输出功增高，耗能比降 低。耗能保持不变，预加静应力可降低耗能比。
伪弹性有三个应用特点： ①其可恢复应变量能达到10％以上，几乎高出通常材料弹性 应变二个数量级； ②合金显示恒弹性，在应力恒定时会产生较大的应变； ③在未发生应力诱发相变前，合金就具有2％的弹性应变，这样做成的弹 簧也比一般弹簧性能好得多。
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4.2 形状记忆合金的特性及本构关系模型
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NiTi合金热-机循环过程中的应力-应变-温度关系
N|Ti记忆合金作为驱动组元应用时，需经多次循环，因此研究热-机循 环过程中的应力-应变-温度关系是十分必要的。 式(4-1)可写成 残余应变 是循环次数N的函数 得到残余应变 与循环次数N的关系为
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图4-8 NITi记忆合金丝样品在393 K温度下 的应力-应变循环曲线
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应用共振棒阻尼测试方法对冷却过程中的NiTi合金的B2相、R相和 β19 马氏体进行了阻尼测试。得到的结果列于表4-3中。从表中得知，处于 R+M两相状态时阻尼最好。
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在形状记忆合金作为阻尼材料的开发利用上必须注意两点：一是使材料 在马氏体状态使用，即合金的马氏体相变终了点应高于合金的工作温度； 二是增加相变内耗峰的宽度，使材料能在更宽的温度范围内工作。有的 合金(如CuZnAl)虽然相变峰很高，但却太窄，应用仍受到很大的限制。
(6)Co，Co-Ni；
(7)Fe-Ni，Fe-Ni-Co-Ti，Fe-Mn，Fe-Mn-C，Fe-Mn-Si，Fe-Mn-Si-Ni(Cr)，304不锈钢 和Fe-Pt等。
目前，仅Ti-Ni、Cu-Zn-Al和Cu-Al-Ni合金具有实用价值，它们已被誉为一种热驱动 的功能材料，又由于兼具感知和驱动功能，亦称机敏材料，受到广泛重视
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分三种情况
1）自由回复
对不受约束、应力为零可以自由回复的SMAs，可得自由 回复时的 关系式
为回复应变 2）受限回复 对于受限回复，应变没有变化，得受约束回复的本构关 系
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表示回复应力
3)控制回复 将预应变SMAs复合于其他材料中，对SMAs激励使 其收缩，则SMAs使基体材料产生弹性变形，得控制 回复的本构关系
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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。 形状记忆效应是由于合金中发生了热弹性或应力诱发马氏体相变。在许 多形状记忆合金系中存在两种不同结构状态，高温时称之为奥氏体相，是一 种体心立方晶体结构的CsCl(又称B2)；而低温时称之为马氏体相(M)，是一种 低对称性的单斜晶体结构。合金成分的改变可以使马氏体形成和消失的温度 在173 K～373 K范围内变化。对于Ti-Ni系来说，B2到马氏体相之间还存在一 个很重要的R相，它具有菱形晶体结构。
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形状记忆效应实验
原始形状
拉直
加热后恢复变形前形 状
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这类合金可恢复的应变量达到7％～8％，比一般材料要高得多。 对一般材料来说，这样的大变形量早就发生永久变形了。因为，形状记 忆合金的变形可以通过孪晶界面的移动实现，马氏体的屈服强度又比母 相奥氏体要低得多，合金在马氏体状态比较软。这点与一般的材料很不 同
第4章
形状记忆合金
4.1 形状记忆合金的概念 4.2 形状记忆合金的特性及本构关系模型 4.3 NiTi形状记忆合金的驱动特性研究
4.1 形状记忆合金的概念 形状记忆效应（SME）：某些具有热弹性 或应力诱发马氏体相变的材料处于马氏体状 态，并进行一定限度的变形后，在随后的加 热并超过马氏体相消失温度时，材料能完全 恢复到变形前的形状和体积。