l 形状记忆是指具有初始形状的制品变形后,通过加热等处理手段又恢复初始形状的功能具有形状记忆功能的材料包括形状 记忆合金和形状记忆聚合物1. 形状记忆效应(由热弹性马氏体相变引起)2. 超弹性或伪弹性(应力诱发马氏体相变)1. 单程记忆效应合金在较低温度下变形,加热后可恢复变形前形状,再恢复到低温时形状不变,这种仅在加热过程有记忆2. 双程记忆效应某些合金低温时一种形状,高温时改变形状,加热时呈现高温 相形状,冷却时恢复低温相形 状,称为双程记忆3. 全程记忆效应加热时呈现高温相形状,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2. 超弹性(伪弹性)形状记忆合金,它 的弹性即使超过了弹性极限,仍然可以恢复之前的形状淬火过程是由高温面心立方相(奥氏体)转变为低温体心立方(马氏体)的相变是不是具有马氏体相变特征的金属就是形状记忆金属?最早在钢中发现的马氏体,而钢却没有形状记忆功能原因就在于形状记忆合金可以发生马氏体逆转变,而钢铁则没有奥氏体受冷向马氏体的转变称为马氏体相变,马氏体受热变为奥氏体的相变称为马氏体逆转变为什么都是马氏体,而形状记忆合金可以有逆转变,而其他马氏体,比如钢铁就没有呢?l 2、马氏体相变机制l 马氏体相变是通过切变完成的。
形状记忆效应要求相变时体积变 化小,这样才能降低应变能形 状记忆合金相变时围绕母相的一 个特定位向常常形成四种自适应 的马氏体变体(Variant ),并以 母相的惯习面呈对称排列,这四种变体合称为一个马氏体群已发现的形状记忆合金种类很多,可以分为Ni-Ti 系、铜系、铁系合金三大 类目前已实用化的形状 记忆合金只有Ni-Ti系合金 和铜系合金Ni-Ti 形状记忆合金基本特点:具有良好的力学性能,抗疲劳,耐磨损,抗 腐蚀记忆效应优良、生物相容性好等一系列的优点 但制造过程较复杂、价格高昂热处理包括加热、保温和冷却缓慢降温叫退火,急速冷却叫淬火,也叫蘸火蘸火后 的合金再低温加热,再冷却,叫回火蘸火后低温加热保温再缓慢冷却叫时效处理形状记忆处理 A 单程记忆效应:1)中温处理: 为获得记忆效应,一般将加工后的合金材料在室温加工成所需要的形状并加以固定,随后在400-500℃之间加热保温数分钟到数小时(定形处理) 后空冷,就可获得较好的综合性能2)低温处理:对于冷加工后成形困难的材料,可以在800℃以上进 行高温退火,这样在室温极容易成形,随后于200-300℃ 保温使之定形此种在较低温度处理的记忆元件其形状 恢复特性较差。
3)时效处理:☞富Ni的TiNi合金需要进行时效处理,一则为了调节材料的相变温度,二则可以获得综合的记忆性能☞处理工艺基本上是在800-1000℃固溶处理后淬入冰 水,再经400-500℃时效处理(通常为500℃1小时) 随着时效温度的提高或时效时间的延长,相变温度Ms 相应下降此时的时效处理就是定形记忆过程一般通过改变合金中的比例,比如镍钛合金镍含量增加,变形温度起点和终点都会下降加入第三者甚至第四者,比如镍钛合金中加入锆代替钛,或者金代替镍,可以使温度升高,如果用锰或铝代替钛,钴或铁代替镍,可以使得温度降低另一个方法,控制火候,热处理包括加热、保温和冷却加热到多高,保温多长,降温快还是慢l 连接件:用作连接件,是形状记忆合金用量最大的一项用途形状记忆合金可大量用于制作管接头,连接方法是预先将管接头内径做成比待接管外径小4%,在Ms以下马氏体非常软, 可将接头扩张插入管子,在高于As的使用温度下,接头内径将复原l 用形状记忆合金作紧固件、连接件的优点是:l ①夹紧力大,接触密封可靠,避免了由于焊接而产 生的冶金缺陷;l ②适于不易焊接的接头,如严禁明火的管道连接、焊接工艺难以进行的海底输 油管道修补等。
l ③金属与塑料等不同材料可以 通过这种连接件连成一体;l ④安装时不需要熟练的技术管路连接件l 利用形状记忆合金也可以制作成消防报警装置及电器设备的保安装置l 3. 智能材料:在智能结构中,形状记忆合金作 为敏感材料和驱动材料. 利用形状记忆合金的双 向记忆功能可制造机器 人的手臂、肘、腕等六、目前存在的问题(Problems)l 形状记忆合金在应用上还存在不少材料学方面的问题.l ⑴ 相变点调整:相变点与合金种类、成分及热处理条件有关, 尤其对成分非常敏感l ⑵ 淬透性:合金缓冷时大多要发生共析分解,需要提高淬透性, 可通过合金化解决l ⑶ 低温时效和马氏体稳定化:在马氏体状态时效,可使As点发生显著变化,这对应用是非常不利的.马氏 体稳定化是合金使用中需要解决的问题l ⑷ 循环加热及循环应力对相变点的影响: 由于循环加 热及循环应力引入了位错,使合金易于滑移而使相变 点升高或下降可通过提 高滑移变形临界应力解决.l ⑸ 如何提高疲劳寿命问题.l ⑹ 价格仍很昂贵。