形状记忆合金原理PPT课件

• 相变特征和机制
•
马氏体相变[1]具有热效应和体积效应，相变过程是形核和长大的过程。
但核心如何形成，又如何长大，目前尚无完整的模型。马氏体长大速率一般
较大，有的甚至高达10cm·s。人们推想母相中的晶体缺陷（如位错）的组态
对马氏体形核具有影响，但目前实验技术还无法观察到相界面上位错的组态，
因此对马氏体相变的过程，尚不能窥其全貌。其特征可概括如下：
至消失。因此这类合金的马氏体相变具有热弹性，称为 热弹性马氏体相变。
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制作人：化茧成蝶
2012.3.10
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• 马氏体相变时在一定的母相面上形成新相马氏体，这个面称 为惯习（析）面，它往往不是简单的指数面，如镍钢中马氏体在 奥氏体(γ)的{135}上最先形成（图7）。马氏体形成时和母相
• 的界面上存在大的应变。
• 马氏体相变具有可逆性。当母相冷却时在一定温度 开始转变为马氏体，把这温度 标作Ms,加热时马氏体逆 变为母相，开始逆变的温度标为As。它们所包围的面积 称为热滞面积, 相变时的协作形变为范性形变时，一般 热滞较大；而为弹性形变时,热滞很小。像Au-Cd这类合 金冷却时马氏体长大、增多，一经加热又立即收缩，甚
2、以Cu-Zn合金为例，合 金相变时围绕母相的一个 特定位向常形成四种自适 应的马氏体变体，其惯习 面以母相的该方向对称排 列。四种变体合称为一个 马氏体片群，如图3-1。 2021
图3-1 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；
(b)在 (01 1 ) 标准投影图中，四个
马氏体
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变 形 的 三 种 形 式
图3-3 形状记忆效20应21的三种形式
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Question：
F
上述弹簧是否属于记忆合金？
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• 补充知识：
• 马氏体最初是在钢中发现的：将钢加热到一定温度后经迅速冷却，得到的能使钢变硬、 增强的一种淬火组织。1895年法国人奥斯蒙为纪念德国冶金学家马滕斯，把这种组织 命名为马氏体。人们最早只把钢中由奥氏体转变为马氏体的相变称为马氏体相变。20 世纪以来，对钢中马氏体相变的特征累积了较多的知识，又相继发现在某些纯金属和 合金中也具有马氏体相变,如:Ce、Co、Hf、Hg、La、Li、Ti、Tl、Pu、V、Zr、和 Ag-Cd、Ag-Zn、Au-Cd、Au-Mn、Cu-Al、Cu-Sn、Cu-Zn、In-Tl、Ti-Ni等。目前 广泛地把基本特征属马氏体相变型的相变产物统称为马氏体。
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。
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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
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形状记忆合金 原理
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现阶段记忆合金工作流程：
某种条件
A
B
回到初始环境
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是否存在这种合金：
A
B
C
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环或 境者 参在 数某 的种 状条 态件 函下 数， ？合
金 形 状 只 是
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形成条件：
从记忆合金的工作状况中，可看出形成记忆合金的以下两个条件。
• 1、形状改变是可逆或半可逆的 • 2、环境的改变能引起形状的改变
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• 现已知满足以上条件的合金都有一个很大的特 点——其马氏体相变是热弹性的。
• 其工作形式如下：
母相
淬火升或温到冷马却氏、体施转加变外温应度力以上
马氏体
为什么它们具有这样的性质呢？
下面我们就进入本节主题
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基础知识：
（提问）
1、 马氏体相变是一种非扩 散型转变，母相向马氏体 转变，可理解为原子排列 面的切应变。
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原理：
• 原理1：
母相
降温、施加外应力
Fra Baidu bibliotek
马氏体
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，造成马氏体的择优取向。当大部分或 全部的马氏体都采取个取向时，整个材料在宏观上 表现为形变。
• 原理2
母相
升温到马氏体转变温度以上
马氏体
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将 变 形 马 氏 体 加 热 到 As 点 以 上 ， 马 氏 体发生逆转变，因为马氏体晶体的对称性 低，转变为母相时只形成几个位向，甚至 只有一个位向—母相原来的位向。尤其当 母相为长程有序时，更是如此。当自适应 马氏体片群中不同变体存在强的力学偶时， 形成单一位向的母相倾向更大。逆转变完 成后，便完全回复了原来母相的晶体，宏 观变形也完全恢复。
变体的惯习面法线的位置
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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
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注意：以上原理只适合热弹性，而半热弹性记忆合 金主要是由Shockley不全位错的可逆移动引起。
• 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。
母相 奥氏体
施加外应力，产生Shockley不全位错
升温Shockley不全位错沿反向收缩
•
马氏体相变是无扩散相变之一，相变时没有穿越界面的原子无规行走或
顺序跳跃，因而新相（马氏体）承袭了母相的化学成分、原子序态和晶体缺
陷。马氏体相变时原子有规则地保持其相邻原子间的相对关系进行位移,这种
位移是切变式的原子位移的结果产生点阵应变(或形变) 。这种切变位移不但
使母相点阵结构改变，而且产生宏观的形状改变。