形状记忆合金在建筑工程中的应用
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·40 ·
材 料 开 发 与 应 用 2007 年 6 月
综 述
文章编号 :100321545 (2007) 0320040207
形状记忆合金在建筑工程中的应用
赵可昕1) ,杨永民2)
(1. 华南理工大学机械学院 ,广东 广州 510640 ; 2. 华南理工大学材料学院 ,广东 广州 510640)
国外对 SMA 阻尼耗能装置的研究与开发开 展较早 ,也比较深入 。Graesser 等于 1991 年最早 提出可以利用 SMA 的超弹性特征和高阻尼特性 制作阻尼耗能器 。美国加州大学地震工程研究中 心 Peter 等[14 ]研制出一种用于土木结构地震反应 的 SMA 被动阻尼装置 ,这种阻尼器具有稳定的 迟滞性 ,受频率等因素影响较小 。Adachi 和 U n2 joh 用厚度为 5 mm 的 SMA 板制成阻尼器 ,采用 振动台测试了阻尼器的耗能特性 ,并利用计算机 仿真研究了该阻尼器用于桥梁减振的可行性[15 ] 。 Dolce 等[16 ]介绍了两种在大的应变循环下抗疲劳 性 、耐久性和可靠性均优良的 SMA 被动控制装 置 。Williams 等[17 ]研究了 SMA 阻尼器对梁的减 振能力 ,Adachi 等[18 ]则提出一种形状记忆合金阻 尼器 ,通过一系列的振动台试验发现 ,它能很好地 减小桥梁结构地震反应 ,尤其是在形状记忆效应 阶段 ,工作效果更佳 。DesRoches 和 Delemont [19 ] 测试了直径为 2514 m 超弹性 SMA 棒的耗能特 性 ,并对装有这种 SMA 约束棒的多跨简支桥进 行了非线性分析 ,结果表明 , SMA 约束棒可以有 效地减小桥墩和边墩之间的相对位移 。意大利的 Indirli M 等[20 ] 通过深入的理论论证 ,采用 SMA 作为加固元件对意大利的教堂钟塔进行加固 ,在 2000 年的地震中 ,教堂钟塔没受到任何破坏 ,形 状记忆合金装置有效控制了地震加速度和能量的 输入 。
在土木工程领域 ,可将常温下为马氏体状态 的形状记忆合金与其它材料复合 ,形成高阻尼的 防振材料和消声材料 ,达到减振降噪的作用 。 2. 4 电阻特性
吴小东等[12 ]研究表明 ,对于初始组织为马氏 体的 Ni2Ti 合金 ,在拉伸过程中电阻与应变之间 呈线性关系 ;对于初始组织为奥氏体或奥氏体 、马 氏体两者混合的 Ni2Ti 合金 ,当发生应力诱发马 氏体相变后 ,曲线的斜率降低 ,相变前后电阻2应 变关系保持线性关系 。
·42 ·
材 料 开 发 与 应 用 2007 年 6 月
图 2 形状记忆效应历程
心立方结构 ,原子间的距离回复到受力前的样子 , 合金便变回原状 。
图 3 Ni2Ti 记忆合金的原子模型
2. 2 超弹性效应 在高于马氏体逆相变终了温度 A f 条件下 ,
3 形状记忆合金在建筑工程中的应 用状况
3. 1 SMA 阻尼耗能器
第 22 卷第 3 期 赵可昕等 :形状记忆合金在建筑工程中的应用
·43 ·
SMA 具 有 超 弹 性 特 性 和 高 阻 尼 特 性 , 含 SMA 的结构可以显著增加系统的阻尼 ,减小结构 的动力反应 ,可以用它制作各种形式的阻尼耗能 装置 。
兴起 ,又将形状记忆合金的应用推向了更广泛的领 到的成果 。但是 ,由于研究条件的限制 ,在 SMA
域 。迄今为止 ,已生产的 10 多个系列 50 多个品种 的基础理论和材料科学研究方面 ,我国与国际先
的 SMA 已广泛应用于电子 、机械 、能源 、医疗 、航空 进水平尚有一定差距 ,尤其是在 SMA 产业化和
建筑工程材料是现代社会的基石 ,经历了结 构材料 —复合材料 —功能材料的发展历程 。随着 现代科学技术的不断进步 ,智能建筑材料成为了 材料科学工作者的研究热点 。利用 SMA 对结构 的振动进行控制并在线监测结构内部应力 、温度 、 损伤等情况 ,通过自适应调整 、自修复等方式减轻 结构所遭受的各种危害 ,从而提高结构的安全性 和可靠性 。因此 ,针对桥梁 、建筑 、大跨空间结构 和海洋平台等建筑土木结构 ,研发相应的 SMA 产品成为研究热点 。
摘 要 :概述了形状记忆合金的发展历史和基本性能 ,对形状记忆合金在建筑工程领域中的应用现状进行了介 绍 ,最后对形状记忆合金材料及其在建筑工程中的应用进行了展望 。 关键词 :形状记忆合金 ;发展现状 ;性能 ;建筑工程 ;应用 中图分类号 : TU 528 文献标识码 :B
形状记忆材料是集感知和驱动于一体的特殊 功能材料 ,广泛用于各个领域 ,其中形状记忆合金 是形状记忆材料中较为重要的材料之一 。形状记 忆合金 ( Shape Memory Alloy , SMA) 是指具有一 定初始形状的合金在低温下经塑性形变并固定成 另一种形状后 ,通过加热到某一临界温度以上又 可恢复成初始形状的一类合金 。该合金由于具有 形状记忆效应 、超弹性效应 、弹性模量温度变化特 性和阻尼特性 ,应用领域涉及建筑 、电子 、汽车 、航 天 、医疗等领域 ,并且还在不断扩大[1 ] 。
图 1 形状记忆晶体结构变化模型
以 Ni2Ti 形状记忆合金为例 ,合金有两种不 同的相 ,其原子模型如图 3 所示 。在低温时 ,合金 处于麻田散铁相 ,这时合金内的晶体结构是比较 柔软的长斜方晶系形态 ,原子间的距离在受力时 可作改变 ,故我们可以扭曲合金的外型 。当我们 将合金加热到高于一个临界温度时 ,合金则处于 沃斯田铁相 , 这时合金内的晶体排列为坚固的体
在土木工程领域 ,可将常温下为马氏体状态 的形状记忆合金粘贴在构件易产生裂纹或应力集 中较大的地方 ,或将其埋入结构构件中 。当构件 产生裂纹和损伤时 ,利用形状记忆合金的电阻对 其应变变化比较敏感且变化规律为线性的特性 , 由微处理器自动监测构件的损伤状况和裂纹大 小 ,从而实现自监测功能[13 ] 。
对形状记忆合金材料进行拉伸 ,应力除去后变形 即行消失 ,这种不通过加热即恢复到原有形状的 现象称为超弹性 ,如图 4 所示 。图中 a 点以前的 变形是由母相 (奥氏体状态) 的弹性变形引起的 ; 对应于 a 点 ,试样中开始出现应力诱发的马氏体 ; 从 a 点到 b 点的应变增加是由于应力诱发马氏体 相变所致 ,在 b 点试样几乎变成马氏体单晶 ;从 b 点到 c 点的变形原则是由马氏体的弹性变形所引 起的 。卸载时 ,试样首先弹性恢复到 d 点 ,然后通 过马氏体逆相变恢复到 e 点附近 ,最后通过母相 的弹性应变恢复为零 。卸载时产生逆相变的原因 是因为在高于 A f 点温度时 ,只要没有应力作用 , 马氏体就处于完全不稳定状态[9 ,10 ] 。
值得指出的是 ,形状记忆合金的超弹性效应 只能在 A f 以上的某一温度范围内出现 ,在此范 围之外 ,超弹性性能将受到影响 ,这对使用该效应 的环境温度有一定要求[9 ] 。 2. 3 阻尼特性
图 4 超弹性效应示意图
形状记忆合金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) 及界面运动 ,而具有很好的阻尼特性 。马氏体 相变过程中 ,由于马氏体的成核与生长 ,对振动能 的吸收逐渐增加 ,内耗峰的大小与振动一周内形 成马氏体量的多少成正比 。在马氏体相中由于形 成了各种界面及界面的运动 ,其阻尼比母相 (奥氏 体状态) 的大得多 ,耗散因子可高达 10 - 1数量级 , 而普通金属如钢和铝的耗散因子大约只有 01005 左右 。所有研究结果表明 ,当形状记忆合金处于 母相状态时 ,其阻尼最小 ;当处于母相和马氏体相 混合状态时 ,阻尼最大 ;在完全马氏体状态时 ,也 具有较好的阻尼[11 ] 。
1 形状记忆合金材料的发展
上世纪 30 年代 ,美国某空军基地为研制一种 耐海水腐蚀的合金而进行样品鉴定时 ,发现了研
究人员烟斗中烟丝燃烧产生的热引起了弯曲着的 镍钛合金片自动伸张开的奇异现象[2 ] 。从那以 后 ,美国和其它国家相继投入研究 ,先后研制出 10 多种记忆合金 。
1938 年 ,美国的 Greningerh 和 Mooradian 在 Cu2Zn 合金中发现了马氏体的热弹性转变 ,随后 , 前苏联的 Kurdiumov 对这种现象进行了研究[3 ] 。 1951 年 ,美国的 Lead 首先在 Au2Cd 、In2Ti 合金中 发现形状记忆效应 ( SM E) ,他利用 Au24715 %Cd 合金的记忆效应制作升降机模型 ,但由于合金元 素价 格 高 且 有 毒 , 最 终 未 能 实 际 应 用 。同 年 , Chang 和 Read 在 Au24715 %Cd 合金中用光学显 微镜观察到马氏体界面随温度变化发生迁动 ,这 是最 早 观 察 到 金 属 形 状 记 忆 效 应 的 报 道[4 ] 。 1969 年美国 Raychem 公司生产 Ti2Ni2Fe 记忆合 金管接头用于 F14 战斗机上的液压管路系统连 接 ,这是 SMA 第一次成功应用 。1970 年 ,美国将 Ti2Ni 记忆合金丝制成宇宙飞船用天线 。这些应 用大大激励了国际上对形状记忆合金的研究与开 发 ,20 世纪 70 年代 ,相继开发出了 Ni2Ti 基 、Cu2 Al2Ni 基和 Cu2Zn2Al 基形状记忆合金 。80 年代 开发出了 Fe2Mn2Si 基 、不锈钢基等铁基形状记忆 合金 。由于其成本低廉 、加工简便而引起材料工作 者的极大兴趣 。从 20 世纪 90 年代至今 ,高温形状 记忆合金 、宽滞后记忆合金以及记忆合金薄膜等已
功能称为形状记忆效应 ( Shape Memory Effect , SM E) 。形状记忆效应使得形状记忆合金可任意 变形 ,但当加热或通电后 ,它就会回复本来的形 状 ,像拥有记忆一般 。
从形状记忆效应机理上看 ,记忆材料的形状 记忆效应是通过马氏体相变而完成的 ,也就是热 弹性马氏体相变产生的低温相在加热时向高温相 进行可逆转变的结果 。但这种转变是有条件的 , 以合金为例 ,其条件必须是 :马氏体相变是热弹性 的 ;母体与马氏体相呈现有序点阵结构 ;马氏体内 部是孪晶变形的 ;相变时在晶体学上具有完全可 逆性 。其中形状记忆时晶体结构变化的模型如图 1 所示 。形状记忆效应历程如图 2 所示[7 ,8 ] 。
Cu2Al2Ni 25～60
Fe2Mn2Si -
转变温度/ ℃
- 50～100
- 200～170 - 200～170
- 20～230
滞后大小/ ℃
30
10～20
20～30
80～100
最大单程形状记忆 ,应变/ %
8
5
6
5
N = 102 次
6
1
1. 2
-
变形次数 N = 105 次
2
0. 8
收稿日期 :2006211229 作者简介 :赵可昕 ,女 ,1982 年生 ,华南理工大学机械分院研究生 ,主要研究方向为单晶高温合金 、记忆合金 。
第 22 卷第 3 期 赵可昕等 :形状记忆合金在建筑工程中的应用
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成为研究热点[5] 。随着智能材料 、智能机构研究的 到国际学术界的认可 ,在应用开发上也有一些独
展开研究 ,起步较晚 ,但起点较高 ,在材料冶金学 形状记忆合金和铁基系列形状记合金 。其主要的
方面 ,特别是实用形状记忆合金的炼制水平已得 形状记忆性能如表 1 所示[1 ] 。
ຫໍສະໝຸດ Baidu
表 1 不同材料的形状记忆性能
性能 晶粒大小/μm
Ni2Ti 1～10
Ca2Zn2Al 50～100
0. 8
-
N = 107 次
0. 5
0. 5
0. 5
-
上限加热温度 (1h) / ℃
400
160～200
300
-
最大伪弹性应变 (单晶) / %
10
10
10
-
最大伪弹性应变 (多晶) / %
4
2
2
-
恢复应力/ MPa
400
200
-
190
2 形状记忆合金的性能及其机理
2. 1 形状记忆效应 形状记忆合金具有的能够记住其原始形状的
航天 、汽车 、家电和建筑等各个行业 。
工程应用方面与国外差距较大[6 ] 。
美国 、日本等国家对 SMA 的研究和应用开
目前 ,人们已发现的 SMA 有 50 种 ,根据合
发已较为成熟 ,同时也较早地实现了 SMA 的产 金相组成和相变特征 ,具有较完全形状记忆效应
业化 。我国从上世纪 70 年代末才开始对 SMA 的合金主要分为钛2镍系列形状记忆金 、铜基系列
材 料 开 发 与 应 用 2007 年 6 月
综 述
文章编号 :100321545 (2007) 0320040207
形状记忆合金在建筑工程中的应用
赵可昕1) ,杨永民2)
(1. 华南理工大学机械学院 ,广东 广州 510640 ; 2. 华南理工大学材料学院 ,广东 广州 510640)
国外对 SMA 阻尼耗能装置的研究与开发开 展较早 ,也比较深入 。Graesser 等于 1991 年最早 提出可以利用 SMA 的超弹性特征和高阻尼特性 制作阻尼耗能器 。美国加州大学地震工程研究中 心 Peter 等[14 ]研制出一种用于土木结构地震反应 的 SMA 被动阻尼装置 ,这种阻尼器具有稳定的 迟滞性 ,受频率等因素影响较小 。Adachi 和 U n2 joh 用厚度为 5 mm 的 SMA 板制成阻尼器 ,采用 振动台测试了阻尼器的耗能特性 ,并利用计算机 仿真研究了该阻尼器用于桥梁减振的可行性[15 ] 。 Dolce 等[16 ]介绍了两种在大的应变循环下抗疲劳 性 、耐久性和可靠性均优良的 SMA 被动控制装 置 。Williams 等[17 ]研究了 SMA 阻尼器对梁的减 振能力 ,Adachi 等[18 ]则提出一种形状记忆合金阻 尼器 ,通过一系列的振动台试验发现 ,它能很好地 减小桥梁结构地震反应 ,尤其是在形状记忆效应 阶段 ,工作效果更佳 。DesRoches 和 Delemont [19 ] 测试了直径为 2514 m 超弹性 SMA 棒的耗能特 性 ,并对装有这种 SMA 约束棒的多跨简支桥进 行了非线性分析 ,结果表明 , SMA 约束棒可以有 效地减小桥墩和边墩之间的相对位移 。意大利的 Indirli M 等[20 ] 通过深入的理论论证 ,采用 SMA 作为加固元件对意大利的教堂钟塔进行加固 ,在 2000 年的地震中 ,教堂钟塔没受到任何破坏 ,形 状记忆合金装置有效控制了地震加速度和能量的 输入 。
在土木工程领域 ,可将常温下为马氏体状态 的形状记忆合金与其它材料复合 ,形成高阻尼的 防振材料和消声材料 ,达到减振降噪的作用 。 2. 4 电阻特性
吴小东等[12 ]研究表明 ,对于初始组织为马氏 体的 Ni2Ti 合金 ,在拉伸过程中电阻与应变之间 呈线性关系 ;对于初始组织为奥氏体或奥氏体 、马 氏体两者混合的 Ni2Ti 合金 ,当发生应力诱发马 氏体相变后 ,曲线的斜率降低 ,相变前后电阻2应 变关系保持线性关系 。
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材 料 开 发 与 应 用 2007 年 6 月
图 2 形状记忆效应历程
心立方结构 ,原子间的距离回复到受力前的样子 , 合金便变回原状 。
图 3 Ni2Ti 记忆合金的原子模型
2. 2 超弹性效应 在高于马氏体逆相变终了温度 A f 条件下 ,
3 形状记忆合金在建筑工程中的应 用状况
3. 1 SMA 阻尼耗能器
第 22 卷第 3 期 赵可昕等 :形状记忆合金在建筑工程中的应用
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SMA 具 有 超 弹 性 特 性 和 高 阻 尼 特 性 , 含 SMA 的结构可以显著增加系统的阻尼 ,减小结构 的动力反应 ,可以用它制作各种形式的阻尼耗能 装置 。
兴起 ,又将形状记忆合金的应用推向了更广泛的领 到的成果 。但是 ,由于研究条件的限制 ,在 SMA
域 。迄今为止 ,已生产的 10 多个系列 50 多个品种 的基础理论和材料科学研究方面 ,我国与国际先
的 SMA 已广泛应用于电子 、机械 、能源 、医疗 、航空 进水平尚有一定差距 ,尤其是在 SMA 产业化和
建筑工程材料是现代社会的基石 ,经历了结 构材料 —复合材料 —功能材料的发展历程 。随着 现代科学技术的不断进步 ,智能建筑材料成为了 材料科学工作者的研究热点 。利用 SMA 对结构 的振动进行控制并在线监测结构内部应力 、温度 、 损伤等情况 ,通过自适应调整 、自修复等方式减轻 结构所遭受的各种危害 ,从而提高结构的安全性 和可靠性 。因此 ,针对桥梁 、建筑 、大跨空间结构 和海洋平台等建筑土木结构 ,研发相应的 SMA 产品成为研究热点 。
摘 要 :概述了形状记忆合金的发展历史和基本性能 ,对形状记忆合金在建筑工程领域中的应用现状进行了介 绍 ,最后对形状记忆合金材料及其在建筑工程中的应用进行了展望 。 关键词 :形状记忆合金 ;发展现状 ;性能 ;建筑工程 ;应用 中图分类号 : TU 528 文献标识码 :B
形状记忆材料是集感知和驱动于一体的特殊 功能材料 ,广泛用于各个领域 ,其中形状记忆合金 是形状记忆材料中较为重要的材料之一 。形状记 忆合金 ( Shape Memory Alloy , SMA) 是指具有一 定初始形状的合金在低温下经塑性形变并固定成 另一种形状后 ,通过加热到某一临界温度以上又 可恢复成初始形状的一类合金 。该合金由于具有 形状记忆效应 、超弹性效应 、弹性模量温度变化特 性和阻尼特性 ,应用领域涉及建筑 、电子 、汽车 、航 天 、医疗等领域 ,并且还在不断扩大[1 ] 。
图 1 形状记忆晶体结构变化模型
以 Ni2Ti 形状记忆合金为例 ,合金有两种不 同的相 ,其原子模型如图 3 所示 。在低温时 ,合金 处于麻田散铁相 ,这时合金内的晶体结构是比较 柔软的长斜方晶系形态 ,原子间的距离在受力时 可作改变 ,故我们可以扭曲合金的外型 。当我们 将合金加热到高于一个临界温度时 ,合金则处于 沃斯田铁相 , 这时合金内的晶体排列为坚固的体
在土木工程领域 ,可将常温下为马氏体状态 的形状记忆合金粘贴在构件易产生裂纹或应力集 中较大的地方 ,或将其埋入结构构件中 。当构件 产生裂纹和损伤时 ,利用形状记忆合金的电阻对 其应变变化比较敏感且变化规律为线性的特性 , 由微处理器自动监测构件的损伤状况和裂纹大 小 ,从而实现自监测功能[13 ] 。
对形状记忆合金材料进行拉伸 ,应力除去后变形 即行消失 ,这种不通过加热即恢复到原有形状的 现象称为超弹性 ,如图 4 所示 。图中 a 点以前的 变形是由母相 (奥氏体状态) 的弹性变形引起的 ; 对应于 a 点 ,试样中开始出现应力诱发的马氏体 ; 从 a 点到 b 点的应变增加是由于应力诱发马氏体 相变所致 ,在 b 点试样几乎变成马氏体单晶 ;从 b 点到 c 点的变形原则是由马氏体的弹性变形所引 起的 。卸载时 ,试样首先弹性恢复到 d 点 ,然后通 过马氏体逆相变恢复到 e 点附近 ,最后通过母相 的弹性应变恢复为零 。卸载时产生逆相变的原因 是因为在高于 A f 点温度时 ,只要没有应力作用 , 马氏体就处于完全不稳定状态[9 ,10 ] 。
值得指出的是 ,形状记忆合金的超弹性效应 只能在 A f 以上的某一温度范围内出现 ,在此范 围之外 ,超弹性性能将受到影响 ,这对使用该效应 的环境温度有一定要求[9 ] 。 2. 3 阻尼特性
图 4 超弹性效应示意图
形状记忆合金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) 及界面运动 ,而具有很好的阻尼特性 。马氏体 相变过程中 ,由于马氏体的成核与生长 ,对振动能 的吸收逐渐增加 ,内耗峰的大小与振动一周内形 成马氏体量的多少成正比 。在马氏体相中由于形 成了各种界面及界面的运动 ,其阻尼比母相 (奥氏 体状态) 的大得多 ,耗散因子可高达 10 - 1数量级 , 而普通金属如钢和铝的耗散因子大约只有 01005 左右 。所有研究结果表明 ,当形状记忆合金处于 母相状态时 ,其阻尼最小 ;当处于母相和马氏体相 混合状态时 ,阻尼最大 ;在完全马氏体状态时 ,也 具有较好的阻尼[11 ] 。
1 形状记忆合金材料的发展
上世纪 30 年代 ,美国某空军基地为研制一种 耐海水腐蚀的合金而进行样品鉴定时 ,发现了研
究人员烟斗中烟丝燃烧产生的热引起了弯曲着的 镍钛合金片自动伸张开的奇异现象[2 ] 。从那以 后 ,美国和其它国家相继投入研究 ,先后研制出 10 多种记忆合金 。
1938 年 ,美国的 Greningerh 和 Mooradian 在 Cu2Zn 合金中发现了马氏体的热弹性转变 ,随后 , 前苏联的 Kurdiumov 对这种现象进行了研究[3 ] 。 1951 年 ,美国的 Lead 首先在 Au2Cd 、In2Ti 合金中 发现形状记忆效应 ( SM E) ,他利用 Au24715 %Cd 合金的记忆效应制作升降机模型 ,但由于合金元 素价 格 高 且 有 毒 , 最 终 未 能 实 际 应 用 。同 年 , Chang 和 Read 在 Au24715 %Cd 合金中用光学显 微镜观察到马氏体界面随温度变化发生迁动 ,这 是最 早 观 察 到 金 属 形 状 记 忆 效 应 的 报 道[4 ] 。 1969 年美国 Raychem 公司生产 Ti2Ni2Fe 记忆合 金管接头用于 F14 战斗机上的液压管路系统连 接 ,这是 SMA 第一次成功应用 。1970 年 ,美国将 Ti2Ni 记忆合金丝制成宇宙飞船用天线 。这些应 用大大激励了国际上对形状记忆合金的研究与开 发 ,20 世纪 70 年代 ,相继开发出了 Ni2Ti 基 、Cu2 Al2Ni 基和 Cu2Zn2Al 基形状记忆合金 。80 年代 开发出了 Fe2Mn2Si 基 、不锈钢基等铁基形状记忆 合金 。由于其成本低廉 、加工简便而引起材料工作 者的极大兴趣 。从 20 世纪 90 年代至今 ,高温形状 记忆合金 、宽滞后记忆合金以及记忆合金薄膜等已
功能称为形状记忆效应 ( Shape Memory Effect , SM E) 。形状记忆效应使得形状记忆合金可任意 变形 ,但当加热或通电后 ,它就会回复本来的形 状 ,像拥有记忆一般 。
从形状记忆效应机理上看 ,记忆材料的形状 记忆效应是通过马氏体相变而完成的 ,也就是热 弹性马氏体相变产生的低温相在加热时向高温相 进行可逆转变的结果 。但这种转变是有条件的 , 以合金为例 ,其条件必须是 :马氏体相变是热弹性 的 ;母体与马氏体相呈现有序点阵结构 ;马氏体内 部是孪晶变形的 ;相变时在晶体学上具有完全可 逆性 。其中形状记忆时晶体结构变化的模型如图 1 所示 。形状记忆效应历程如图 2 所示[7 ,8 ] 。
Cu2Al2Ni 25～60
Fe2Mn2Si -
转变温度/ ℃
- 50～100
- 200～170 - 200～170
- 20～230
滞后大小/ ℃
30
10～20
20～30
80～100
最大单程形状记忆 ,应变/ %
8
5
6
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N = 102 次
6
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1. 2
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变形次数 N = 105 次
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收稿日期 :2006211229 作者简介 :赵可昕 ,女 ,1982 年生 ,华南理工大学机械分院研究生 ,主要研究方向为单晶高温合金 、记忆合金 。
第 22 卷第 3 期 赵可昕等 :形状记忆合金在建筑工程中的应用
·41 ·
成为研究热点[5] 。随着智能材料 、智能机构研究的 到国际学术界的认可 ,在应用开发上也有一些独
展开研究 ,起步较晚 ,但起点较高 ,在材料冶金学 形状记忆合金和铁基系列形状记合金 。其主要的
方面 ,特别是实用形状记忆合金的炼制水平已得 形状记忆性能如表 1 所示[1 ] 。
ຫໍສະໝຸດ Baidu
表 1 不同材料的形状记忆性能
性能 晶粒大小/μm
Ni2Ti 1～10
Ca2Zn2Al 50～100
0. 8
-
N = 107 次
0. 5
0. 5
0. 5
-
上限加热温度 (1h) / ℃
400
160～200
300
-
最大伪弹性应变 (单晶) / %
10
10
10
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最大伪弹性应变 (多晶) / %
4
2
2
-
恢复应力/ MPa
400
200
-
190
2 形状记忆合金的性能及其机理
2. 1 形状记忆效应 形状记忆合金具有的能够记住其原始形状的
航天 、汽车 、家电和建筑等各个行业 。
工程应用方面与国外差距较大[6 ] 。
美国 、日本等国家对 SMA 的研究和应用开
目前 ,人们已发现的 SMA 有 50 种 ,根据合
发已较为成熟 ,同时也较早地实现了 SMA 的产 金相组成和相变特征 ,具有较完全形状记忆效应
业化 。我国从上世纪 70 年代末才开始对 SMA 的合金主要分为钛2镍系列形状记忆金 、铜基系列