形状记忆合金PPT课件
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反之,如果升高温度,则转变就向相反 的方向进行,即马氏体逆转变为奥氏体,马氏体 片就缩小,甚至完全消失。在这种情况下,只要 马氏体界面上的共格性未被破坏,则马氏体片可 随着驱动力的改变而反复发生长大或缩小。具有 这种特征的马氏体称为“热弹性马氏体” 。
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高温 奥氏体相
降温 升温
低温 马氏体相(M)
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奥氏体相
加应力 卸载应力
马氏体相(M)
热弹性 超弹性
本质相同,都是由马氏体相变引起的
形状记忆机理总结
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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。
热弹性马氏体和应力诱发马氏体统称为弹性 马氏体。只有弹性马氏体相变才能产生形状记忆 效应。
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形状记忆合金的分类及性能
下经塑性变形为另一种形状,然后加热到高温相成为稳定状 态的温度时,通过马氏体逆相变恢复到低温塑性变形前的形 状的现象。
相→相变 马氏体
马氏体相变
回顾
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Байду номын сангаас
相:系统中具有确定成分和结构的部分叫做相。
材料的一个相具有不同于其他相的物理、化学特性。当系 统的外在约束条件(如温度、压力等)改变时,物相将发 生改变,相变的同时,材料的性能也发生改变。
应力诱发马氏体相变
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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。
相变的条件: (1)化学成分的变化 (2)晶体结构的变化 (3)有序程度的变化
以钢为例介绍马氏体相变
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铁的两种晶体结构:
体心立方结构(存在于两个温度范围内,912℃以下 称α铁,1394℃以上称δ铁);
面心立方结构(存在于912~1394℃之间,称γ铁)
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碳在钢中的两种主要存在形式: 溶入铁中与铁形成固溶体; 与铁形成铁碳化合物,称渗碳体(Fe3C)。
马氏体相变
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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相同。
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。
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冷却 奥氏体(A) 马氏体(M)
加热
钢的马氏体相变不可逆
A M
钢淬火工艺曲线
产生形状记忆的条件
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高温 奥氏体相
降温 升温
低温 马氏体相(M)
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形状记忆效应的两种主要机理
热弹性马氏体相变 应力诱发的马氏体相变
热弹性马氏体相变
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降温过程中,奥氏体将转变成马氏体。马氏体转 变开始和终了温度分别以Ms、Mf表示;加热过程中, 马氏体逆相变开始和终了温度分别以As、Af表示。
碳溶于α铁中形成的固溶体称铁素体;溶于γ 铁 中形成的固溶体称奥氏体,其最大溶解度为2.11 %。
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过冷奥氏体等温转变曲线(C曲线)
奥氏体
珠光体 贝氏体 马氏体
A1至550℃为高温转变区,转变产物为珠光体(P) 550℃~Ms为中温转变区,转变产物为贝氏体(B) Ms~Mf为低温转变区,转变产物为马氏体(M)
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形状记忆合金及马氏体相变
形状记忆合金
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形状记忆合金 (Shape Memory Effect,简称SMA)
具有形状记忆效应的金属,通常是由两种以上的金属元 素构成的合金。
形状记忆效应(Shape Memory Effect,简称SME)
在高温下处理成一定形状的金属急冷下来,在低温相状态
●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。
在智能材料和智能机械的设计中有重要的价值。
形状记忆合金分类
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(1)单程记忆效应
在较低的温度下变形,只在加热到Af以上,马 氏体逆转变成奥氏体,发生形状回复的现象,显示 出记忆热态形状的能力。
(2)双程记忆效应
加热时恢复高温相形状,冷却时又恢复低温相 形状,这个过程可以重复进行,显示出能分别记忆 冷和热状态下原有形状的能力,称为双程记忆效应。
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超弹性变形是由应力诱发马氏体相变导致的。
随外加应力的增加,在应力作用下母相与马氏 体间处于平衡的温度T0(σ)增加,Ms和Af也相应增加。 当Ms超过环境温度时,母相开始相变为马氏体。随 应力的增加,Ms 高于环境温度的幅度更大,马氏体 转变的量随之增加,即马氏体由应力诱发而形成, 发生了应力诱发马氏体相变。卸除外力,合金的相 变点降低,回复到应力为零时的相变点。由于此时 合金的Af点低于环境温度,马氏体逆转变回母相, 样品的变形随之消失,显示出超弹性。
对于不同材料,这些特征温度不同。马氏体逆相 变中存在热滞后现象,使得As大于Ms。按As-Ms的大 小和马氏体的生长特征将马氏体相变分成非热弹性马氏 体相变和热弹性马氏体相变两类。
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Au-Cd合金的相变属热弹性马氏体相变, 相变温度滞后很小, As-Ms约10℃,马氏体核 心以突发式成核并长到一定大小,马氏体相和母 相间保持着弹性平衡。温度下降时,相变化学自 由能增大,马氏体长大的推动力增大,马氏体片 的厚度、大小继续增加,同时也可能形成新的马 氏体核心。
形状记忆合金
物无理忧P所PT:整高理发萌布 邢令义
拥有“大脑”的合金
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Yes, I can also remember
引例
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没放入热水前
放入热水后
冷却至室温后 再次放入热水后
双程CuZnAl记忆合金花的动作变化情况
主要内容
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形状记忆合金及马氏体相变 形状记忆效应的两种主要机理 形状记忆合金的分类及性能 应用
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(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。 三种记忆效应的比较
形状记忆合金的性能
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●机械性质优良,能恢复的形变可高达10%,( 一般金属材料<0.1%)。
●加热时产生的回复应力非常大,可达500MPa。
●无通常金属呈现的“疲劳断裂”现象。