ppt课件-形状记忆合金

1、物理所：高萌 邢令义形状记忆合金L O G O拥有拥有“大脑大脑”的合金的合金Yes, I can also rememberL O G O没放入热水前没放入热水前放入热水后放入热水后冷却至室温后冷却至室温后再次放入热水后再次放入热水后双程双程CuZnAl记忆合金花的动作变化情况记忆合金花的动作变化情况引例L O G O主要内容主要内容l形状记忆合金及马氏体相变形状记忆合金及马氏体相变l形状记忆效应的两种主要机理形状记忆效应的两种主要机理l形状记忆合金的分类及性能形状记忆合金的分类及性能l应用应用L O G O形状记忆合金及马氏体相变形状记忆合金及马氏体相变L O G O形状记忆合金形状记忆合

2、金形状记忆合金(Shape Memory Effect,简称简称SMA) 具有具有形状记忆效应形状记忆效应的金属，通常是由两种以上的金属元的金属，通常是由两种以上的金属元素构成的合金。素构成的合金。形状记忆效应形状记忆效应（Shape Memory Effect,简称简称SME） 在高温下处理成一定形状的金属急冷下来，在低温相状态在高温下处理成一定形状的金属急冷下来，在低温相状态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，通过态的温度时，通过马氏体逆相变马氏体逆相变恢复到低温塑性变形前的形恢复到低温塑性变形前的形状的现象。

3、状的现象。 相相相变相变 马氏体马氏体 马氏体相变马氏体相变L O G O相：系统中具有确定成分和结构的部分叫做相。：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。生改变，相变的同时，材料的性能也发生改变。相变的条件：（1 1）化学成分的变化）化学成分的变化（2 2）晶体结构的变化）晶体结构的变化（3 3）有序程度的变化）有序程度的变化回顾L O G O 铁的两

4、种晶体结构：铁的两种晶体结构： 体心立方结构体心立方结构（存在于两个温度范围内，（存在于两个温度范围内，912以下以下称称铁，铁，1394以上称以上称铁）；铁）； 面心立方结构面心立方结构（存在于（存在于9121394之间，称之间，称铁）铁） 以钢为例介绍马氏体相变L O G O碳在钢中的两种主要存在形式：碳在钢中的两种主要存在形式： 溶入铁中与铁形成溶入铁中与铁形成固溶体固溶体； 与铁形成铁碳化合物，称渗碳体（与铁形成铁碳化合物，称渗碳体（FeFe3 3C C）。）。 碳溶于碳溶于铁中形成的固溶体称铁素体；溶于铁中形成的固溶体称铁素体；溶于 铁铁中形成的固溶体称中形成的固溶体称奥氏体奥氏体，

5、其最大溶解度为，其最大溶解度为2.11。L O G O过冷奥氏体等温转变曲线过冷奥氏体等温转变曲线(C(C曲线曲线) )马氏体马氏体珠光体珠光体贝氏体贝氏体奥氏体奥氏体A1至至550为高温转变区，转变产物为珠光体（为高温转变区，转变产物为珠光体（P）550Ms为中温转变区，转变产物为贝氏体（为中温转变区，转变产物为贝氏体（B）MsMf为低温转变区，转变产物为马氏体（为低温转变区，转变产物为马氏体（M）L O G O马氏体相变 当母相奥氏体快速冷却时，奥氏体转变成片状当母相奥氏体快速冷却时，奥氏体转变成片状或针状新相，新相为或针状新相，新相为体心四方结构体心四方结构，与母相的结构，与母相的结构不

6、同，但新相与母相的不同，但新相与母相的成分相同成分相同。 人们把钢经高温淬火后形成的相叫做人们把钢经高温淬火后形成的相叫做马氏体马氏体相。相。从奥氏体到马氏体的转变叫做从奥氏体到马氏体的转变叫做马氏体相变马氏体相变，马氏体，马氏体相变是相变是无扩散型相变。无扩散型相变。L O G O奥氏体奥氏体(A) 马氏体马氏体(M) 钢淬火工艺曲线钢淬火工艺曲线AM钢的马氏体相变不可逆钢的马氏体相变不可逆冷却冷却加热加热L O G O奥氏体奥氏体马氏体马氏体产生形状记忆的条件L O G O形状记忆效应的两种主要机理形状记忆效应的两种主要机理l热弹性马氏体相变l应力诱发的马氏体相变L O G O 降温过程中

7、，奥氏体将转变成马氏体。马氏体转降温过程中，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变开始和终了温度分别以Ms、Mf表示；加热过程中，表示；加热过程中，马氏体逆相变开始和终了温度分别以马氏体逆相变开始和终了温度分别以As、Af表示。表示。 对于不同材料，这些特征温度不同。马氏体逆相对于不同材料，这些特征温度不同。马氏体逆相变中存在热滞后现象，使得变中存在热滞后现象，使得As大于大于Ms。按。按As-Ms的大的大小小和马氏体的和马氏体的生长特征生长特征将马氏体相变分成将马氏体相变分成非热弹性马氏非热弹性马氏体相变体相变和和热弹性马氏体相变热弹性马氏体相变两类。两类。热弹性马氏体相变L

8、 O G O Au-Cd合金的相变属热弹性马氏体相变，合金的相变属热弹性马氏体相变，相变温度滞后很小，相变温度滞后很小， As-Ms约约10，马氏体核马氏体核心以突发式成核并长到一定大小，马氏体相和母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相间保持着弹性平衡。温度下降温度下降时，相变化学自时，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的厚度、大小继续增加，同时也可能形成新的马氏体核心。氏体核心。 L O G O 反之，如果反之，如果升高温度升高温度，则转变就向相反的，则转变就向相反

9、的方向进行，即方向进行，即马氏体逆转变为奥氏体马氏体逆转变为奥氏体，马氏体片，马氏体片就缩小，甚至完全消失。在这种情况下，只要马就缩小，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，则马氏体片可氏体界面上的共格性未被破坏，则马氏体片可随随着驱动力的改变而反复发生长大或缩小着驱动力的改变而反复发生长大或缩小。具有这。具有这种特征的马氏体称为种特征的马氏体称为“热弹性马氏体热弹性马氏体” 。 L O G O奥氏体奥氏体马氏体马氏体L O G O应力诱发马氏体相变L O G OL O G O奥氏体奥氏体马氏体马氏体L O G O形状记忆机理总结L O G O形状记忆合金的分类及性能形

10、状记忆合金的分类及性能L O G O形状记忆合金分类（1 1）单程记忆效应）单程记忆效应（2 2）双程记忆效应）双程记忆效应L O G O（3）全程记忆效应）全程记忆效应L O G O机械性质优良机械性质优良能恢复的形变可高达能恢复的形变可高达10，（一般金属材料一般金属材料0.1）。）。在智能材料和智能机械的设计中有重要的价值。在智能材料和智能机械的设计中有重要的价值。形状记忆合金的性能形状记忆合金的性能回复应力回复应力非常非常大大，可达可达500MPa可感受温度、外力变化并通过调整内部结构来可感受温度、外力变化并通过调整内部结构来适应外界条件适应外界条件对环境刺激的对环境刺激的自适应性自适

11、应性无无通常金属呈现的通常金属呈现的“疲劳断裂疲劳断裂”现象现象。L O G O形状记忆合金的应用形状记忆合金的应用L O G ONiTi形状记忆合金折叠发射形状记忆合金折叠发射自动张开的宇航天线原理图自动张开的宇航天线原理图月球上的月球上的“奇葩奇葩” 宇航宇航天线天线工业应用L O G O连接件和紧固件连接件和紧固件l形状记忆合金管接头用相变点约形状记忆合金管接头用相变点约- -150150的的TiNiFeTiNiFe合金制备。合金制备。合金内径加工成比被接管径约小合金内径加工成比被接管径约小4-54-5，把管接头浸泡在液态空气中，在把管接头浸泡在液态空气中，在低温状低温状态下使内径扩大态

12、下使内径扩大约约7-8%7-8%，扩径后管接头用保温材料保持低温，被扩径后管接头用保温材料保持低温，被接管从管接头两侧插入，接管从管接头两侧插入，去掉保温材料去掉保温材料，管接头温度上升到室温，管接头温度上升到室温，内径恢复到扩径前状态，牢牢箍紧被接内径恢复到扩径前状态，牢牢箍紧被接管管。形状记忆管接头形状记忆管接头L O G O形状记忆合金可制成驱动器、控制器等应用在智能机器人中智能控制器智能控制器温控智能机器人元件温控智能机器人元件 智能机器人智能机器人L O G Ol当心脏出现毛病，不可能用手术治疗时，不得不依赖于心当心脏出现毛病，不可能用手术治疗时，不得不依赖于心脏移植或人工心脏。脏移植或人工心脏。l可以用形状记忆合金制造人工心脏用人造肌肉，用以充当可以用形状记忆合金制造人工心脏用人造肌肉，用以充当人造心脏的驱动源。人造心脏的驱动源。人工心脏用人造肌肉人工心脏用人造肌肉人人造造心心脏脏医学应用L O G Ol治疗粉碎性髌骨骨折比较困难，我国设计了一种用治疗粉碎性髌骨骨折比较困难，我国设计了一种用于治疗髌骨骨折的于治疗髌骨骨折的形状记忆形状记忆NiTiNiTi聚髌器聚髌器，现已成功，现已成功用于临床治疗之中。用于临床治疗之中。l聚髌器由功能爪和连接腰组成，能从多个