形状记忆合金01
TiNi形状记忆合金品种产及规格 主要性能
通信天线、眼镜架、文胸托架等
棒
Φ4.0-10.0
医用钛镍合金
TiNi-yy
33oC±3oC
丝
Φ0.1-4.0
Q/XB1520
接骨板、骑缝钉、编织网支架、矫行丝、医用导引丝等
棒
Φ4.0-10.0
板
δ0.1-5.0
窄滞后钛镍合金
TiNiCu
As-Ms≤5oC
丝
Φ0.1-4.0
温控元器件等
加工态
%
5-10
相变温度
oC
-100-100
最大回复应变
%
8
最大回复应力
MPa
600
TiNi形状记忆合金产品品种及规格
记忆型钛镍合金
TiNi-01
20oC-40oC
丝
Φ0.1-4.0
Q/XB1516
应力棒、热驱动弹簧、温控元件等
TiNi-01
45oC-90oC
棒
Φ4.0-10.0
超弹型钛镍合金
TiNi-ss
TiNi形状记忆合金的主要性能
密 度
g/cm3
6.4-6.5
熔 点
oC
1310
弹性模量
马氏体
GPa
28-41
奥氏体
GPa
83
硬 度
马氏体
Hv
180-200
奥氏体
Hv
200-350
抗拉强度
退火态
MPa
850
加工态
MPa
1900
屈服强度
马氏体
MPa
70-140
奥氏体
MPa
195-690
延伸率
退火态
形状记忆合金的应用现状与发展趋势
形状记忆合金的应用现状与发展趋势摘要：综述了形状记忆合金的发展概况，简要介绍了形状记忆合金在不同领域的应用现状，分析了当前形状记忆合金研究中存在的问题，指出了今后的发展前景与研究方向。
关键词：形状记忆合金、形状记忆合金效应、应用一、引言形状记忆合金(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。
形状记忆合金具有的能够记住其原始形状的功能称为形状记忆效应(Shape Memory Effect ,SME) 。
形状记忆合金作为一种特殊的新型功能材料,是集感知与驱动于一体的智能材料,因其功能独特,可以制作小巧玲珑、高度自动化、性能可靠的元器件而备受瞩目,并获得了广泛应用。
二、形状记忆合金的发展史与现状在金属中发现现状记忆效应最早追溯到20世纪30年代。
1938年。
当时美国的 Greningerh和Mooradian在Cu-Zn合金小发现了马氏体的热弹件转变。
随后，前苏联的Kurdiumov对这种行为进行了研究。
1951年美国的Chang相Read 在Au47·5Cd(％原子)合金中用光学显微镜观察到马氏体界面随温度的变化发生迁动。
这是最早观察到金属形状记忆效应的报道。
数年后，Burkhart 在In-Ti 合金中观察到同样的现象。
然而在当时，这些现象的发现只被看作是个别材料的特殊现象而未能引起人们足够的兴趣和重视。
直至1963年，美国海军武器实验室的Buehler等人发现了Ni-Ti合金中的的形状记忆效应，才开创了“形状记忆”的实用阶断[1]。
1969年，Rsychem公司首次将Ni-Ti合金制成管接头应用于美国F14 战斗机上；1970年，美国将Ti-Ni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7 年代，相继开发出了Ni-Ti 基、Cu-Al2-Ni 基和Cu-Zn-Al 基形状记忆合金；80 年代开发出了Fe-Mn-Si 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。
形状记忆合金论文
形状记忆合金摘要：扼要地叙述了形状记忆合金及其机理, 介绍了形状记忆合金在工程中应用的现状以及发展前景。
关键词：形状记忆合金、形状记忆合金效应、应用引言：有一种特殊的金属材料,经适当的热处理后即具有回复形状的能力,这种材料被称为形状记忆合金( Shape Memory Alloy ,简称为SMA) ,这种能力亦称为形状记忆效应(Shape Memory Effect , 简称为SME) 。
通常,SMA 低温时因外加应力产生塑性变形,温度升高后,克服塑性变形回复到所记忆的形状。
研究表明, 很多合金材料都具有SME ,但只有在形状变化过程中产生较大回复应变和较大形状回复力的,才具有利用价值。
到目前为止,应用得最多的是Ni2Ti 合金和铜基合金(CuZnAl 和CuAlNi) 。
形状记忆合金（Shape Memory Alloys, SMA）是一种在加热升温后能完全消除其在较文 pseudoelasticity）行为，表现为这种合金能承载比一般金属大几倍甚至几十倍的可恢氏体相变。
一、形状记忆合金的发展史最早关于形状记忆效应的报道是由Chang及Read等人在1952年作出的。
他们观察到Au-Cd合金中相变的可逆性。
后来在Cu-Zn合金中也发现了同样的现象，但当时并未引起人们的广泛注意。
直到1962年，Buehler及其合作者在等原子比的TiNi合金中观察到具有宏观形状变化的记忆效应，才引起了材料科学界与工业界的重视。
到70年代初，CuZn、CuZnAl、CuAlNi等合金中也发现了与马氏体相变有关的形状记忆效应。
几十年来，有关形状记忆合金的研究已逐渐成为国际相变会议和材料会议的重要议题，并为此召开了多次专题讨论会，不断丰富和完善了马氏体相变理论。
在理论研究不断深入的同时，形状记忆合金的应用研究也取得了长足进步，其应用范围涉及机械、电子、化工、宇航、能源和医疗等许多领域。
二、形状记忆效应机理a) 单程SME b) 双程SME btpsfa 为SME cdcjc 为伪弹性图1 形状记忆效应示意图图2 形状记忆合金应力—应变—温度关系示意图图1 直观地示意出合金的形状记忆效应。
形状记忆合金工作原理
形状记忆合金工作原理“哎呀，这形状记忆合金可真是神奇啊！”学生小明在课堂上发出这样的感叹。
那到底什么是形状记忆合金呢？其实啊，形状记忆合金是一种具有特殊性能的材料。
它之所以被称为形状记忆合金，是因为它能够“记住”自己原来的形状。
咱就拿常见的镍钛合金来说吧。
镍钛合金在一定温度下会呈现出一种特定的形状，当你把它变形后，比如把它弯曲或者拉伸，只要给它加热到一定温度，它就会神奇地恢复到原来的形状。
这是为啥呢？这就得从它的微观结构说起了。
在合金内部，存在着两种不同的晶体结构相，一种是高温下的奥氏体相，另一种是低温下的马氏体相。
当合金处于低温时，它是马氏体相，比较软，可以被变形。
而当加热到一定温度时，就会转变为奥氏体相，这时合金就会恢复原来的形状。
这种特性在很多领域都有重要的应用呢。
比如说在医疗领域，就有用形状记忆合金制作的医疗器械。
像心脏支架，就是用镍钛合金做的。
在手术中，医生把支架压缩到很小的尺寸，通过导管送到病变部位，然后当支架到达体内合适位置时，通过体温加热，支架就会自动展开，支撑起血管，恢复血管的通畅。
再比如在航空航天领域，也能看到形状记忆合金的身影。
有些航天器上的部件就用到了这种材料，它可以在特定的温度下自动变形或恢复形状，从而实现一些特殊的功能。
生活中也有它的应用哦。
有些眼镜框就是用形状记忆合金做的。
如果你不小心把眼镜框坐变形了，别担心，用热水泡一泡，它可能就又恢复原形啦。
同学们，这下你们知道形状记忆合金的工作原理了吧。
它就是这么神奇，靠着独特的微观结构和性能，给我们的生活和科技带来了很多便利和创新。
所以啊，大家要好好学习科学知识，以后说不定还能发现更多像形状记忆合金这样神奇的材料呢！。
形状记忆合金的研究进展
ｔ ｅｍｉｒ ｅｅ ｔｏ ｉ ｍ ｅｈ ｎｃｌｓ ｓｅ （ ＥＭ Ｓ ． Ｆ ｏ ｔ ｅｖｅ ｏｎ ｆｅ ｇｎ ｅ ｉｇ ａ ｐｉａｉｎ ，ｔ ｅｓ ａ ｅｍｅ ｒ ｈ ｃｏ ｌｃｒ ｎｃ ｃ ａ ｉａ ｙ ｔｍｓ Ｍ ） ｒ ｍ ｈ ｉｗｐ ｉｔｏ ｎ ｉｅ ｒｎ ｐ ｌ ｔ ｓ ｈ ｈ ｐ ｍｏ ｙ ｃ ｏ
Ｋｅ ｒ ｓ ｙｗｏ ｄ
ｓ ａ ｅｍ ｅ ｒ ｌ ｙ ，ｍａ ｔｎ ｉｉ ｔａ ｓｏｍ ａｉｎ。ｍｉｒ ｅｅｔｏ ｉ ｍｅｈ ｎｃ ｌ ｙ ｔｍｓ ｈ ｐ ｍｏ ｙａｌ ｓ ｏ ｒｅ ｓｔ ｒｎ ｆｒ ｔ ｃ ｏ ｃ０ １ｃｒ ｎｃ ｃ ａ ｉａ ｓｅ ｓ
０ 引言
早 在 １３ 年美 国 哈 佛 大 学 Ｇ ｅｉ ｅ 等ｎ 就 在 Ｃ —ｎ ９８ ｒｎ ｇｒ ｎ ｕ Ｚ 合金 中发 现了热 弹 性 马 氏体 ， 是 直 到 １６ 年 美 国海 军 武 但 ９３ 器试 验室 的 Ｂ ｅｌ 等＿在 近等 原 子 比 ＴＮｉ 金 中发 现 了 ｕｈｅ ｒ ２ ｉ 合 形状记 忆效 应之 后 ， 该类合 金才 引起 人们 的广 泛关 注 。随后 在 Ｃ 基 ＿、 ｅ ｌ合金 ， 至在 聚合物 ［和陶 瓷 材料 中都 ｕ ３ Ｆ 基＿ ］ ４ 甚 ５ ］ 发现 了类似 的形 状记 忆 效 应 。１９ 年 Ｏ Ｈａｄｅ 等 ＿发 现 ９６ ｎｌ ｙ ７ 的 Ｎ Ｇ 合 金则 开启 了磁控 形状记 忆材料 研究 的大 门 。 ｉ Ｍｎ ａ 形状记 忆合金 可 以通过 控 制 成 分 和 工艺 实 现 对 其 材料 结构 以及 相 变行 为 的 控 制 ， 在 ＴＮ 合 金 中掺 杂 Ａ ＿或 如 ｉｉ ｕ８ ｐ［可 以显 著提 高合金 的相 变 温度 ， ｔ＿ ９ 使之 成 为高 温 形状 记 忆 合金 ， 入 Ｎｂ 以 使 相 变 热 滞 增 大 到 １０ ， 加 入 加 ＿ ｌ”可 １ ４℃ 而 Ｃ ［３ 相变热 滞则 锐减 至 ４ ｕｉ后 ２ ￣ Ｃ。另 一方 面 ， 随着材 料先 进 制 备技 术 的飞速发 展 ， 纳米化 处理 也越 来 越多 地应 用 于形 状 记
金属形状记忆效应及其应用
２ ０Ｑ 的 电池 两 端 ， 灯 泡 的 实 际功 率 是 多 少？ ． 小
（） 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 ．
电键 、 线若 干 ． 导
动势是 １ ５Ｖ， ． 内阻是 ２ ０ｎ的电池两端 ， ． 求每 只小灯泡的 实
际功 率 是 多 少？ 解 析 设 小 灯 电 流为 Ｊ电 压 为 Ｕ， 有 ２ ＝ Ｅ ，的图 ， 则 Ｕ ｌ 一
象， 它与小灯泡的伏安特性 曲线 的交点坐标 （ ．５ ０ ５ 分别 ０２ ，． ）
量可达 ６ ～ ８ 它 的 形 变 温度 范 围 一 般 在 一１ ０℃ ～ ％ ％， ０
２０℃之间 ， ０ 在形变 回复 时还会产 生很 大 的回复 力 （ 的高 有
达２ ｏＭＰ ） ０ ａ ．
２ ２ 热力学特性 ． 随着相变的进行 ， ＾ 的机 械特性 有较大 的变化 ． ２ ｓ 图
氏体相与母 相 化 学 自由能 平 衡 温 度 Ｔ ０以下适 当温 度 Ｍｓ 时， 马氏体将长大 ， 直到热 化学 自由能和 弹性非 化学 自由能
大多数情 况下 ，ＭＥ是单 程的 ， Ｓ 也就是说 ， 冷却 过程 中， 虽 然有相变发 生 ， Ｓ 但 ＭＡ不能产生形状变 化． 氏体 因承受 马 应力 而发生 的塑性 变形 ， 只有 当它加热 时才 能消除 ． 再冷却 时， 马氏体并 不 自发地 发生形变 ， 如果 要再得 到形 状 回复 的 效果 ， 必须人 为地使其 发生形变 ， 以实 际应 用 中多用偏置 所
止凝血块流动 ． ３ ２ 强制回复 ．
形状记忆合金的神奇功能
形状记忆合金的神奇功能摘要：形状记忆材料是指初始形状的制品变形后，通过加热的等手段处理又恢复初始形状的功能。
记忆合金目前已发展到几十种，在航空、军事、工业、农业、医疗等领域有着用途，而且发展趋势十分可观，它将大展宏图、造福于人类。
关键词：金属、记忆早在6000多年前，人类就发现并使用了金属铜。
到公元前五世纪，中国已经大量炼铁和使用铁器。
提及一般的金属材料，如金、银、铜、铁、铝……等等，人们大都耳熟能详，如数家珍。
但是，您听说过有“记忆”本领的金属材料——形状记忆合金吗？传统观念认为，只有人和某些动物才有“记忆”的能力，非生物是不可能有这种能力的。
难道合金也会和人一样具有记忆能力吗？答案是肯定的，形状记忆合金就是这样一类具有神奇“记忆”本领的新型功能材料。
1963年，美国海军军械研究室在一项试验中需要一些镍钛合金丝，他们领回来的合金丝都是弯弯曲曲的。
为了使用方便，于是就将这些弯弯曲曲的细丝一根根地拉直后使用。
在后续试验中一种奇怪的现象出现了：当温度升到一定值的时候，这些已经被拉得笔直的合金丝，突然又魔术般地迅速恢复到原来弯弯曲曲的形状，而且和原来的形状丝毫不差。
再反复多次试验，每次结果都完全一致，被拉直的合金丝只要达到一定温度，便立即恢复到原来那种弯弯曲曲的模样。
就好像在从前被“冻”得失去知觉时被人们改变了形状，而当温度升高到一定值的时候，它们突然“苏醒”过来了，又“记忆”起了自己原来的模样，于是便不顾一切地恢复了自己的“本来面目”形状记忆合金不仅单次“记忆”能力几乎可达百分之百，即恢复到和原来一模一样的形状，更可贵之处在于这种“记忆”本领即使重复500万次以上也不会产生丝毫疲劳断裂。
因此，形状记忆合金享有“永不忘本”、“百折不挠”等美誉，被比作一个人应具有的永不变节、坚贞不屈的精神和气节。
人们常说蚂蚁有本事，是因为即使是当今奥运会举重冠军也不过仅能举起自身重量的2倍左右，而蚂蚁却能举起自重的20倍。
形状记忆合金的研究与展望
形状记忆合金的研究与展望摘要：形状记忆合金是新近崛起的一类高科技功能材料。
应用已遍及航天、航空、电子、机械、能源、农业、医学、机械人以至日常用品等领域。
本文简要阐述了目前主要的形状记忆合金的类别及其影响形状记忆效应的因素。
关键词：形状记忆合金；形状记忆效应；马氏体相变引言形状记忆合金（Shape Memory Alloys，简称SMA）是新近崛起的一类高科技功能材料。
这类合金在某一温度下受外力而变形，当外力去除后，仍保持其变形后的形状，但当温度上升到某一温度，材料会自动回复到变形前原有的形状，能够大致上恢复至变形前的形状，这种所具有的回复原始形状的能力，称为形状记忆效应(Shape Memory Effect ,SME)[1]。
自该合金发现以来，它以独特的形状记忆效应和超弹性（Superelasticity）而引起人们的注视，并正逐渐得到日益广泛的应用，并在数量上已经跃居马氏体相变研究的首位[2]。
形状记忆合金的应用已遍及航天、航空、电子、机械、能源、农业、医学、机械人以至日常用品等领域。
在应用领域，其发展阶段大致经历了组分的变化及性能的提高。
NiTi合金和Cu基合金的开发应用主要集中在上世纪60~80年代，而铁基合金的开发应用相对较晚。
但是，这些合金的研究在今年来也一直受到关注，研究从未中断。
近年来形状记忆合金研究所取得的进展也主要体现在为NiTi，Cu基和Fe基形状记忆合金开发应用所进行的基础研究的探索上。
1. 形状记忆合金的分类1.1 钛镍形状记忆合金[3]1963年，W. Buehler等人在美国海军武器实验室发现了钛镍形状记忆合金具有可逆马氏体相变导致形状记忆效应[4]，随后引起了人们的极大兴趣，并很快得到应用。
迄今为止，有TiNi形状记忆合金的研究仍在不断地开展，在一系列的国际会议上，如马氏体相变国际会议（ICOMAT）、欧洲马氏体相变会议（ECOMAT）、形状记忆与超弹性国际会议（SMST），形状记忆材料国际会议（SMM）等，都占有很大比重，在有关智能材料和结构方面的国际会议上也占有一定比重。
形状记忆合金原理、性质与应用
体
合
称
为
一
个
马
氏
体
片
群
，(a)实线：孪晶界及变体之间的界 面。虚线：基准面；
如图3-1。
(b)在 (01 1 ) 标准投影图中，四个 形状记忆合金原理、性变质和体应的用惯习面法线的位置
通常的形状记忆合金根据马氏体与母相 的晶体学关系，共有六个这样的片群，形成 24种马氏体变体。每个马氏体片群中的各个 变体的位向不同，有各自不同的应变方向。 每个马氏体形成时，在周围基体中造成了一 定方向的应力场，使沿这个方向上变体长大 越来越困难，如果有另一个马氏体变体在此 应力场中形成，它当然取阻力小、能量低的 方向，以降低总应变能。由四种变体组成的 片群总应变几乎为零，这就是马氏体相变的 自适应现象。
形状记忆合金原理、性质和应用
如 图 3-2 所 示，记忆合金 的 24 个 变 体 组 成六个片群及 其晶体学关系， 惯习面绕6个 {110} 分 布 ， 形 成6个片群。
图3-2 24个自适应马氏体变体
形状记忆合金原理、性质和应用
每片马氏体形成时都伴有形状的变化。 这种合金在单向外力作用下，其中马氏体顺 应力方向发生再取向，即造成马氏体的择优 取向。当大部分或全部的马氏体都采取一个 取向时，整个材料在宏观上表现为形变。对 于应力诱发马氏体，生成的马氏体沿外力方 向择优取向，在相变同时，材料发生明显变 形，上述的24个马氏体变体可以变成同一取 向的单晶马氏体。
形状记忆合金原理、性质和应用
母相受力生成马氏体并发生形变，或先 淬火得到马氏体，然后使马氏体发生塑性变 形，变形后的合金受热(温度高于As)时，马 氏体发生逆转变，回复母相原始状态；温度 升高至Af时，马氏体消失，合金完全回复到 原来的形状。但是具有热弹性马氏体相变的 材料并不都具有形状记忆效应，这一点可以 从热力学上给予证明，在此不详细讨论。
形状记忆合金
形状记忆合金的应用
由于SMA具有上述特性， 使得其在许多领域都有
广泛的应用。以下是 SMA的一些典型应用
形状记忆合金的应用
机器人：在机器人领域，SMA可 以用于制作驱动器，用于实现
机器人的自主运动。此外，SMA 还可以用于制作可变形的机器 人手臂和腿部
航空航天：在航空航天领域，SMA 可以用于制作智能驱动器，用于 控制机翼、火箭发动机等的关键 部件。此外，SMA还可以用于制作
形状记忆合金的未来发展趋势
总之，形状记忆合金在未来将会有更广泛的应用和更 重要的价值
x
随着科技的不断进步和创新，我们期待着SMA在更多的 领域中发挥其独特的优势和潜力
-
20XX
THANK YOU
UpSpace PowerPoint Template
形状记忆合金的未来发展趋势
01
与其他材料的结合：未来，SMA 可以与其他材料结合，形成新的 复合材料或功能材料。例如，将 SMA与高分子材料结合，可以制 作出具有形状记忆效应和高强度 的高分子复合材料
智能化应用：随着智能化时代
02 的到来，SMA的智能化应用将 会越来越广泛。例如，将SMA 与传感器结合，可以制作出具 有自适应能力的智能传感器
热敏元件和执行器
智能材料：在智能材料领域， SMA可以用于制作智能驱动器， 用于实现材料的自适应变形。 此外，SMA还可以用于制作温 度敏感材料等
医疗：在医疗领域，SMA可以用 于制作可变形支架，用于治疗动 脉硬化等疾病。此外，SMA还可 以用于制作牙齿矫正器等医疗设 备
形状记忆合金的未来发展趋势
形状记忆 合金
-
1
形状记忆合金的特性
2
形状记忆合金的应用
形状记忆合金
形状记忆合金090201 王晓刚20090573引言形状记忆合金（Shape Memory Alloys,SMA）是一种在加热升温后能完全消除其在较低的温度下发生的变形后，通过加热到某一临界温度以上又可恢复其变形前原始形状的合金材料。
除上述形状记忆效应外，这种合金的另一个独特性质是在高温（奥氏体状态）下发生的“伪弹性”（又称“超弹性”，英文pseudoelasticity）行为，表现为这种合金能承载比一般金属大几倍甚至几十倍的可恢复应变。
形状记忆合金的这些独特性质源于其内部发生的一种独特的固态相变——热弹性马氏体相变。
形状记忆合金具有的能够记住其原始形状的功能称为形状记忆效应(Shape Memory Effect SME)。
研究表明,很多合金材料都具有SME,但只有在形状变化过程中产生较大回复应变和较大形状回复力的时候,才具有利用价值。
到目前为止,应用得最多的是Ni2Ti合金和铜基合金(CuZnAl 和CuAlNi)。
形状记忆合金作为一种特殊的新型功能材料,是集感知与驱动于一体的智能材料,因其功能独特,可以制作小巧玲珑、高度自动化、性能可靠的元器件而备受瞩目,并获得了广泛应用。
形状记忆合金的发展史最早关于形状记忆效应的报道是由Chang及Read等人在1952年作出的。
他们观察到Au-Cd合金中相变的可逆性。
后来在Cu-Zn合金中也发现了同样的现象，但当时并未引起人们的广泛注意。
直到1962年，Buehler及其合作者在等原子比的TiNi合金中观察到具有宏观形状变化的记忆效应，才引起了材料科学界与工业界的重视。
到70年代初，CuZn、CuZnAl、CuAlNi等合金中也发现了与马氏体相变有关的形状记忆效应。
几十年来，有关形状记忆合金的研究已逐渐成为国际相变会议和材料会议的重要议题，并为此召开了多次专题讨论会，不断丰富和完善了马氏体相变理论。
在理论研究不断深入的同时，形状记忆合金的应用研究也取得了长足进步，其应用范围涉及机械、电子、化工、宇航、能源和医疗等许多领域。
形状记忆合金的应用现状与发展趋势
总的来说，形状记忆合金的独特性质和广泛的应用前景使得它们成为未来科 技发展的重要方向之一。随着新的科研成果和技术进步的出现，我们可以期待在 未来看到更多的创新和应用。
谢谢观看
一、形状记忆合金的基本特性
形状记忆合金的主要成分是钛、锆或镍，它们在微观结构上具有两个不同的 晶体结构，称为母相和马氏体。在较低的温度下，材料处于母相，此时对其进行 塑性变形，然后在较高的温度下进行加热，使其发生马氏体转变，此时材料恢复 到其原始形状。
二、形状记忆合金的应用
1、医疗领域：在医疗领域，形状记忆合金被广泛应用于矫形外科和口腔科。 例如，利用其形状记忆特性，可以制造出用于治疗骨折的固定器和用于牙齿矫正 的弓丝。此外，形状记忆合金还被用于药物载体和生物医学传感器。
二、形状记忆合金的应用优势
1、高温、高压下的稳定性
形状记忆合金具有优异的高温、高压下的稳定性，能够在极端环境下保持稳 定的性能。这一特点使得形状记忆合金在高温、高压环境下具有广泛的应用前景， 如在航空航天、石油化工等领域。
2、机械性能
形状记忆合金具有优异的机械性能，如高强度、高硬度、良好的耐磨性和抗 疲劳性等。这些特点使得形状记忆合金在承受大的力学作用时仍能保持优异的性 能，为各种领域的应用提供了强有力的保障。
随着人工智能和物联网技术的不断发展，智能化应用将逐渐普及。形状记忆 合金作为一种具有智能响应特性的材料，将在智能化应用中发挥重要作用。研究 人员将致力于研究如何将形状记忆合金与传感器、执行器等相结合，实现智能化 控制和应用。
4、多领域交叉合作
随着形状记忆合金在各个领域的广泛应用，多领域交叉合作将成为未来发展 的重要趋势。研究人员将来自不同领域的研究人员和工程师进行合作交流，共同 推动形状记忆合金在不同领域的应用研究和发展。
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。
形状记忆合金
形状记忆效应是指収生马氏体相变的合金形变后，被 加热到终了温度以上，使低温的马氏体逆变为高温母相而 回复到形变前固有形状，或在随后的冷却过程中通过内部 弹性能的释放又返回到马氏体形状的现象。 它是指具有一定形状的固体材料,在某种条件下经过一 定的塑性变形后,加热到一定温度时,材料又完全恢复到变形 前原来形状的现象。即它能记忆母相的形状。
变 形 的 三 种 形 式
形状记忆效应的三种形式
三种记忆效应的比较
机械性能优良，能 恢复的形变可高达 10%
加热时产生的回复应 力非常大，可达 500MPa
性能
可感受温度、外力变 化并通过调整内部结 构来适应外界条件— —对环境刺激的自适 应性 大体积混凝土特点 无通常金属的 “疲劳断裂” 现象
现有的SMA点, 从而精确地模拟出 SMA的材料行为 也是一个需要研究 的重要课题
在医学应用方面,还 需继续研究SMA的 生物贵相容性。 SMA作为一种新型 功能材料,其加工和 制备工艺较难控制, 目前还没有形成一 条SMA自动生产线, 此外材料成本也比 较昂
以上原理只适合热弹性，而半热弹性记忆合金主要是由 Shockley丌全位错的可逆秱动引起
• 母相奥氏体为面心立方结构，马氏体为密排六方结构。由 于层错能低，母相中存在大量层错，马氏体依靠层错行核
施加外应力，产生Shockley不全位错
母相 奥氏体 升温Shockley不全位错沿反向收缩
马氏体
形状记忆效应
SMA尚待解决的问题
1.
2.
3.
4.
由于SMA的各种功 能均依赖于马氏体 相变,需要丌断对其 加热、冷却及加载、 卸载, 因此SMA只 适用于低频(10Hz 以下)控制中,这就大 大限制了材料的应 用，有待研究
金属功能材料-3-形状记忆合金
发展历程
起源
形状记忆合金最初在20世纪30年代被发现，但直到1960年代才开 始受到广泛关注。
应用拓展
随着研究的深入和技术的发展，形状记忆合金的应用领域不断拓展， 涉及航空航天、医疗器械、汽车等多个领域。
未来展望
随着科技的不断进步和应用需求的增加，形状记忆合金在未来有望 在更多领域得到应用，并发挥重要作用。
其应用领域。
多功能形状记忆合金
02
开发同时具备形状记忆效应、超弹性、阻尼性能等功能的合金，
满足更复杂的应用需求。
生物相容性形状记忆合金
03
研究可用于生物医学领域的生物相容性形状记忆合金，如用于
人体植入物的材料。
技术创新
01
02
03
加工工艺改进
优化现有加工工艺，提高 形状记忆合金的制造成本 和效率。
金属功能材料-3-形状记忆合金
目录
• 形状记忆合金简介 • 形状记忆合金的应用 • 形状记忆合金的未来发展 • 形状记忆合金面临的挑战与解决方案
01
形状记忆合金简介
定义与特性
定义
形状记忆合金是一种具有形状记 忆功能的金属材料，能够在加热 或冷却过程中恢复其原始形状。
特性
具有高强度、高弹性、耐腐蚀、 耐磨等特点，同时能够在变形后 恢复原始形状，广泛应用于航空 航天、医疗器械、汽车等领域。
其他领域
智能机器人
形状记忆合金可以用于智能机器人的关节和执行器，实现机器人的自适应运动和精确控制。
智能纺织品
形状记忆合金可以与纺织品结合，制作智能纺织品，如智能服装、智能鞋帽等，实现服装的自适应调整和智能化 管理。
03
形状记忆合金的未来发 展
新材料研发
形状记忆合金presentation
- 24 /45 -
Part
two
形状记忆合金的原理
相变伪弹性和超弹性 超弹性(superelasticity)变形 对母相状态的样品在Af温度以上施加外力，随外力 增加，样品首先发生遵循虎克(Hook)定律的弹性变形。 应力超过弹性极限后，随应力的缓慢增加，样品的应变 显著增加，在一定的应变范围内卸载，应变会完全消失 ，如同弹性变形，但其应变量远远超出通常意义上的弹 性变形，称之为超弹性变形。其实质与弹性变形不同， 故又称它为相变伪弹性(pseudoelasticity，PE)变形。 如CuAlNi合金，当伸长超过20%后，去载仍可恢复。
低成本形状记忆合金的发现完全是偶然的。
1962年，美国海军军械研究所将Ni-Ti合金作为对温度敏感的振
动衰减合金加以研究，在讨论该项研究经费分配时，某一成员用
手将这种材料制成的细丝一端弯曲，无意中靠近手中点燃的雪茄，
忽然发现靠近火焰部分的细丝伸直了。
1963年，军械研究所宣布在Ni-Ti合金丝中发现了形状记忆效应。
马氏体与母相平衡的热力学 条件
- 14 /45 -
Part
two
形状记忆合金的原理
低于Ms温度下，马氏体形成以后，界面上的弹性变形随着马氏体的长大而 增加； 当表面能、弹性变形能及共格界面能等能量消耗的增加与相变化学自由能的 减少相等时，马氏体和母相间达到热弹性平衡状态，马氏体停止长大。
CuAlNi合金冷却过程中热弹性马氏体相变(马氏体长大)
- 25 /45 -
Part
two
形状记忆合金的原理
b)是超弹性材料的应力一应变曲线 当应力超过弹性极限后应力诱发母相形成马氏体，当应力继续增加时，马氏体相变也继续进行， 当应力降低时，相变按逆向进行，即从马氏体转向母相，其永久变形消失，这种现象叫超弹性记忆效 应。 c）合金母相在应力作用下诱发马氏体，并发生形状变化，去除应力后，除弹性部分能恢复外，其他 部分并不回复原状，但其可通过加热产生逆变，从而恢复原形，这种现象叫做形状记忆效应
形状记忆合金的原理
形状记忆合金的原理形状记忆合金（SMA）是一种具有特殊性能的金属合金材料，它可以在受到外界作用力后发生形状改变，并且在去除外力后能够恢复原来的形状。
这种材料的原理是基于固态相变的特性，具有独特的记忆效应，因此在许多领域得到了广泛的应用。
形状记忆合金最早是由美国海军研究实验室在20世纪60年代发现的，最典型的形状记忆合金是镍钛合金，也称为记忆合金。
它的记忆效应是通过固态相变来实现的，即在固定的温度下，合金会从奥氏体相转变为马氏体相，从而产生形状记忆效应。
当合金处于高温状态时，它会变得柔软并且可以随意变形；而当合金被冷却到特定温度时，它会恢复原来的形状。
形状记忆合金的原理主要包括两个方面，固态相变和形状记忆效应。
固态相变是指在固态条件下，材料的结构发生可逆性的相变，而形状记忆效应是指材料在经历形变后，能够恢复原来的形状。
这两个原理共同作用，使得形状记忆合金具有了特殊的性能。
形状记忆合金的固态相变是通过温度来实现的。
在高温下，形状记忆合金处于奥氏体相，此时合金具有良好的塑性和可塑性，可以被加工成各种形状。
当合金被冷却到特定的温度时，会发生相变，从奥氏体相转变为马氏体相。
在这个过程中，合金会发生形状记忆效应，即恢复原来的形状。
这一过程是可逆的，当再次加热合金时，它会再次变为奥氏体相，形状也会再次变化。
形状记忆合金的应用非常广泛，包括医疗器械、航空航天、汽车制造等领域。
在医疗器械中，形状记忆合金可以用于制作支架、植入物等，利用其形状记忆效应可以在体内完成形状的调整和恢复。
在航空航天领域，形状记忆合金可以用于制作航天器的折叠结构，可以在太空中完成形状的调整和展开。
在汽车制造领域，形状记忆合金可以用于制作汽车零部件，可以在受到外力作用后恢复原来的形状，提高汽车的安全性和可靠性。
总的来说，形状记忆合金是一种具有特殊性能的金属合金材料，它的原理是基于固态相变和形状记忆效应。
这种材料具有广泛的应用前景，可以在许多领域发挥重要作用，为人类社会的发展做出贡献。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
马氏体相变是无扩散性相变
LiMg合金在-200℃下发生了马氏体相变.在-200℃这样的 低温下,原子的扩散是不可能的. FeC合金和FeNi合金在-20～-195 ℃之间,马氏体形成的 时间约为0.05～0.5s,在-200℃以下以同样的速度形成 马氏体. CuAl合金中,从母相到马氏体相的转变,有序结构保持不 变,根据有序母相的CuAl的原子位置及其取向关系,可以 计算出形成马氏体超结构X射线图相,结果与实验一致, 说明马氏体型相变过程只有原子位置的移动(小于一个原子 间距),而没有原子位置的调换. FeC合金中,C原子和Fe原子的间隙位置,在奥氏体和马 氏体中都保持不变,并导致马氏体的四方性. 马氏体相变前后没有任何化学成分的改变,马氏体相成分 和原母相成分完全一致
形状记忆效应的3种类型
单程形状记忆效应:材料在高温
下制成某种形状,在低温相时将其 变形,再加热时恢复为高温相形状, 而重新冷却时不能恢复低温相时的 形状. 双程形状记忆效应:材料加热时 恢复高温相形状,冷却时恢复低温 相形状,即通过温度升降自发可逆 地反复高低温相形状的现象. 全程形状记忆效应:材料加热时 恢复高温相形状,冷却时变为形状 相同而取向相反的高温相形状.目 前只在富镍的Ti-Ni合金中发现.
马氏体相变中的浮凸和折线
马氏体相变的切变变形模式
马氏体相变是共格性相变
共格性相变:相界面上的原子既属于母相, 也属于马氏体相
马氏体相变的惯习面(Habit Plane)
在马氏体相变中,马氏体总是沿着母相的某 一晶面开始产生,这个晶面在马氏体相变的 全过程中,既不发生畸变,也不发生转动. 这样的晶面就称为惯习面,惯习面也是两相 的交界面 一般来说,每一种金属或合金在形成马氏体 时都有自己确定的惯习面 惯习面以母相的晶面指数来表示,大多情况 下为无理数指数面
形状记忆效应
形状记忆效应:固体材料在发生了塑性变形后, 经过加热到某一温度之上,能够恢复到变形前的 形状,这种现象就叫做形状记忆效应.
普通金属材料
形状记忆合金ຫໍສະໝຸດ 形状记忆效应简易演示实验初始形状
拉直
加热后恢复
形状记忆效应与马氏体相变
形状记亿效应是在马氏体相变中发现的 马氏体相变中的的高温相叫做母相(P),低温相 叫做马氏体相(M) 马氏体正相变,马氏体逆相变. 马氏体逆相变中表现的形状记忆效应,不仅晶 体结构完全回复到母相状态,晶格位向也完全回 复到母相状态,这种相变晶体学可逆性只发生在 产生热弹性马氏体相变的合金中. 马氏体相变的临界温度:Ms,Mf,As,Af
相变伪弹性
马氏体相变 (Martensitic Transformation)
马氏体相变概述
命名,德国人 Adolph Martens 最初的认识:相变产物的特征 深入研究:形核和生长的过程 生长速度
钢:105cm/s AuCd合金,CuZn合金:显微镜下肉眼观察
马氏体相变转变过程中,没有原子的扩散,也不改变成 分,仅仅是晶格结构发生变化.母相(P)和马氏体相(M)内 的晶格点阵有看一一对应的关系 除钢外,纯金属Li,Ti,Hg,Tl,Pu,Co,合金AuCd, CuAl,AgZn,CuZn,TiNi,化合物半导体BaTiO3, ZrO2,非金属材料V3Si,也存在马氏体相变
1. 按相变驱动力的大小分
大,几百cal/mol, 小,几cal/mol～几十cal/mol
2. 按马氏体的形成方式分
变温马氏体转变 ,马氏体的生成量是温度的函数
I. 马氏体片的数量虽温度而改变 II. 马氏体片的大小随温度而变
等温马氏体转变 ,马氏体的生成量是时间的函数
3. 根据马氏体相变及其逆相变的温度滞后(As-Ms)大小分
形状记忆合金的制作方法 _TiNi形状记忆合金 形状记忆合金
TiNi合金的熔炼 合金的熔炼
马氏体相变分三步进行
马氏体相变的G-T转变模型
{111}γ //{110}a ' , 差1° < 110 > γ // < 111 > a ' ,差2°
平均切变角为10°45' G-T转变模型解释了表面倾动 效应,也解释了惯习面的位向, 马氏体的位向以及结构改变, 但是,它没有解决愤习面的不 应变和不转动现象
马氏体变体
应力诱发马氏体相变
Stress Induced Martensitic Transformation
相变伪弹性 Transformation Pseudoelasticity
产生热弹性马氏体相变的形状记忆合金,在 Af温度以上由于应力诱发产生的马氏体只在 应力作用下才能稳定地存在,应力一旦解除, 立即产生逆相变,回到母相状态,在应力作 用下产生的宏观变形也随逆相变而完全消失, 其中应力与应变的关系表现出明显的非线性, 这种非线性弹性和相变密切相关,所以叫做 相变伪弹性,也叫超弹性
小,热弹性马氏体 大,非热弹性马氏体
热弹性马氏体相变
热弹性马氏体相变的一般特征
马氏体量是温度的函数 相变温度滞后小,相变驱动力小 相界面与马氏体晶界有良好的协调性
两类热弹性马氏体相变
第一类热弹性马氏体相变:Ms—Mf间隔小,且 As>Ms 第一类热弹性马氏体相变:Ms—Mf间隔大,且 As<Ms
热弹性马氏体相变
马氏体相变是切变性相变
切变性相变:从母相到马氏体相的转变过程是以切 变方式进行的,是靠母相和新相界面上的原子以协 同的,集体的,定向的和有次序的方式移动,实现 从母相到马氏体相的转变 实验证明
浮凸:预先磨制抛光好的试样,当激冷发生马氏体相变 后,在试样表面能观察到宏观的倾斜的隆起 折线:在发生马氏体相变前,在试样上刻上一条直线, 发生马氏体相变后,刻痕直线受折,有的时候会被折成 几段,但直线仍然保持连续
热弹性马氏体相变的晶体学特征
具有晶体学可逆性:表现为马氏体晶体结构在 逆相变中回复到了原来母相的晶体结构,以及 在晶体位向上也得到了完全的回复 β相合金的晶体结构持征及其分类
β合金:母相是体心立方结构类型的形状记忆合金 β合金分3类
马氏体相的周期堆垛结构 热弹性马氏体相变中的晶体结构对应关系
形状记忆原理——形状回复的原因 形状回复的原因 形状记忆原理
c/a = 2
马氏体相变的K-S转变模型
{011}a ' //{111}γ ; < 111 > a ' // < 101 > γ
马氏体相变分三步进行 K-S转变模型和Bain转变模型 一样,解释了新旧两相之间的 位向关系,但是,也不能解释 表面浮凸现象和惯习面的存在
马氏体相变的西山转变模型
{111}γ //{110}a ' {211}γ //{011}a '
相变驱动力
相变驱动力
马氏体相变的Bain转变模型
(111)γ <=> (011)a' 这一机制从晶体结构上给出了相变前后两 [101]γ<=> [111]a' 相之间对应的原子面和方向,但是,它不 [110]γ<=> [100]a' 能解释宏观切变,即表面浮凸,也不能解 [112]γ<=> [011]a' 释不应变平面,惯习面的存在
马氏体相变的热力学持征
相变得以进行需要驱动力,相变驱动力来自 于新旧两相的自出能差 马氏体相变时需要较大的驱动力.这主要是 由于相转变时的切变过程需要很高的塑性变 形能,用以产生浮凸,产生高密度位错或孪 晶等,同时,为了维持两相的共格,以及因 体积的变化会引起晶格的弹性畸变,导致较 大的能量提高.所以,马氏体相变的的驱动 力主要是为了克服相变时的切变阻力和变形 阻力,包括弹性变形和塑性变形.
调整Ni含量 加Fe
铜基形状记忆合金
特点:母相均为体心立方结构,称之为β相合 金 铜基形状记忆合金的相变温度Ms和Af随热循 环次数变化关系
Cu-Zn-Al Cu-Al-Ni
铜基形状记忆合金的缺点及改进方法
铁基形状记忆合金
概述 铁基形状记忆合金没有发现具有伪弹性 FeMnSi合金的特点 铁基形状记忆合金形状记忆效应的机制 ——以FeMnSi合金为例:应力诱发马氏体相 变
马氏体相变晶体缺陷与相变可逆性
马氏体内一定有晶体缺陷存在,这些缺陷包 括孪晶,高密度位错,层错等
高碳钢晶体缺陷:孪晶 底碳钢晶体缺陷:高密度位错 有色合金晶体缺陷:层错或孪晶
马氏体相变具有可逆性:在冷却过程中形成 的马氏体,经过加热后可以通过马氏体逆转 变回到母相状态.
热弹性马氏体相变
马氏体相变的三种分类方式
马氏体相变 (Martensitic Transformation)
马氏体相变的一般特征
无扩散性 :马氏体相变最本质的特征 切变性相变 共格性相变 惯习面 晶体缺陷 相变可逆性
马氏体相变
马氏体相变的热力学持征 马氏体相变机制的几个晶体学经典模型
Bain转变模型 K-S转变模型 西山转变模型 G-T转变模型
马氏体相变的临界温度
热弹性马氏体相变(Thermoelastic Martensitic Transformation)
马氏体相变和逆相变的温度滞后(As - Ms) 热弹性马氏体相变和非热弹性马氏体相变
马氏体变体与自协作
马氏体变体(Martensitic Variant) :晶体学等 价,惯习面位向不同的马氏体 自协作(Self Accommodation):马氏体变体 (Self Accommodation) 生成时都伴随有形状变化,在合金的局部产 生凹凸,但是,作为整体,在相变前后其形 状并不发生改变,这是因为若干个马氏体变 体组成菱形状片群,或组成三角锥状片群, 它们互相抵消了生成时产生的形状变化,这 样的马氏体生成方式被叫做自协作
形状记忆效应与温度和应力之间的关系
形状记忆合金
TiNi形状记忆合金 铜基形状记忆合金 铁基形状记忆合金