马氏体相变与形状记忆合金-内含精选动图

马氏体相变

与形状记忆合金目录1、马氏体相变2、形状记忆合金及应用3、研究案例1、马氏体相变A、固态相变总论B、马氏体相变的特点A、固态相变总论相变：指当外界条件如温度、压力等发生变化时，物相在某一特定条件下发生的突变。相变表现为：1）从一种结构转变为另一种结构。2）化学成分的不连续变化。3）物质物理性能的突变。A、固态相变总论三种基本变化：①晶体结构的变化。纯金属的同素异构转变、固溶体的多形性转变、马氏体相变②化学成分的变化。只有成分转变而无相结构的变化③有序程度的变化。合金的有序化转变，以及与电子结构变化相关的转变

A、固态相变总论

相界面不同相晶体晶粒的界面。按界面原子的排列特点，可分为共格界面、半共格界面、非共格界面。（1）共格界面：两相晶格在界面上彼此完全衔接，错配度δ=（ɑβ-

ɑα）/ɑα〈0.05；（2）半共格界面δ大到一定程度时，相界面不能继续维持完全共格学要一系列调配错配度调节，0.05≤δ≤0.25；（3）非共格界面由于δ（δ﹥0.25）界面处两相原子无法配合。A、固态相变总论界面能固－固相界面能比液－固相界面高，一部分同类键异类键的结合强度和数量变化引起的化学能，另一部分是由界面原子不匹配产生的点阵畸变能。应变能

应变能包括共格应变能和体积应变能。取相关系固态相变时，为了降低母相与新相之间的界面能，新相的某些低指数晶面与母相的某些低指数晶面平行。晶体缺陷

晶态固体中的空位、位错、晶界等缺陷周围因点阵畸变面储存一定的畸变能．新相极易在这些位置非均匀形核．它们对晶核的长大过程也有一定影响．A、固态相变总论弹性应变能：大中小

界面能：小中大(a)

共格界面(b)半共格界面(c)非共格界面B、马氏体相变的特点从原子迁移情况来分扩散型相变：相变过程中伴随有元素的扩散，组成原子在较大范围迁移，相变速率较慢。如奥氏体向珠光体的转变。无扩散型相变：以晶格畸变为主的位移型无扩散相变，如马氏体相变。B、马氏体相变的特点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.B、马氏体相变的特点形象对说，马氏体相变就像解放军走分列式，各原子“动作整齐，步调一致”。B、马氏体相变的特点扩散型相变就像团体操，原子从有序的A状态转变为B状态。转变过程中，各原子有长程的，看似紊乱的热运动（也就是扩散）。B、马氏体相变的特点B、马氏体相变的特点四十年代前后，在Fe-Ni、Fe-Mn合金以及许多有色金属及合金中也发现了马氏体转变。不仅观察到冷却过程中发生的马氏体转变；同时也观察到了在加热过程中所发生的马氏体转变。由于这一新的发现，人们不得不把马氏体的定义修定为：“在冷却过程中所发生马氏体转变所得产物统称为马氏体”。把以晶格畸变为主的位移型无扩散相变统称为马氏体相变。B、马氏体相变的特点共析碳钢C曲线图马氏体转变有一上限温度，这一温度称为马氏体转变的开始温度，用Ms表示。马氏体转变还有一个下限温度，用Mf表示，当奥氏体过冷到Mf以下时转变也不能再进行了。称为马氏体转变的下限温度或马氏体终了点。也就是说马氏体转变是在Ms—Mf之间进行的。B、马氏体相变的特点非热弹性马氏体相变过程奥氏体降温马氏体形核迅速长大继续降温马氏体片不再长大B、马氏体相变的特点热弹性体马氏体相变过程奥氏体降温马氏体突发形核长大继续长大弹性平衡继续降温新的形核并长大B、马氏体相变的特点关于热弹性的理解力作用下的机械弹性如果是由温度驱动的，就叫热弹性B、马氏体相变的特点非热弹性马氏体相变由于温度继续降低，马氏体不在长大，也就是说温度降低，除了热胀冷缩外，不会引起较大的形变，奥氏体降温马氏体形核迅速长大继续降温马氏体片不再长大B、马氏体相变的特点热弹性体马氏体相变：温度继续降低，马氏体继续形核长大，所以热量会继续改变式样的“长度”。也是说，体现出了热弹性。奥氏体降温马氏体突发形核长大继续长大弹性平衡继续降温新的形核并长大B、马氏体相变的特点温度往复的温度变化，可以使式样变形和复原。虽然这个过程设计到相变，但是给人的感觉就像是弹性形变。B、马氏体相变的特点B、马氏体相变的特点B、马氏体相变的特点应力诱发马氏体相变B、马氏体相变的特点如果材料同时具有热弹性马氏体相变和应力马氏体相变，在奥氏体区域进行应力加载激发马氏体相变，卸载应力后，会在温度的作用下自动变为奥氏体。2、形状记忆合金的基本原理与应用2、形状记忆合金的基本原理与应用单程形状记忆效应：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。2、形状记忆合金的基本原理与应用双程形状记忆效应：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。2、形状记忆合金的基本原理与应用形状恢复完全可逆需具备以下条件：马氏体相变是热弹性的；母相和马氏体呈现有序的点阵结构；马氏体点阵的不变切变为孪生，亚结构为孪晶或层错；马氏体相变在晶体学上是可逆的。2、形状记忆合金的基本原理与应用出现热弹马氏体相变的条件：母相与马氏体的比容差小；母相的弹性极限高；母相原子排列规律性强；热弹性马氏体相变确保不破坏母相与新相之间的共格联系，新相在加热条件下容易向母相转变。2、形状记忆合金的基本原理与应用2、形状记忆合金的基本原理与应用可靠性高，如果使用焊接的方式，会影响周围材料的性能。在低温下易拆卸，便于检修检查。在F-14战斗机上使用了10万个以上在核潜艇的管路连接上也可大量应用。2、形状记忆合金的基本原理与应用2、形状记忆合金的基本原理与应用在温度作用下，聚膑器会努力恢复原状，从而持续提供聚合力2、形状记忆合金的基本原理与应用形状记忆合金并不是无论承受怎样的变形只要受热就能恢复原状，有时可残留永久变形。为保持良好形状记忆特性，形变量不能超过一定值。循环使用次数少时，TiNi合金约为6％，CuZnAl合金约为2％；循环使用次数多时，分别低于2％和0.5％。2、形状记忆合金的基本原理与应用形状记忆合金要避免过热，即在形状记忆合金受约束状态下，不要达到比Af点高很多的温度。线圈过热，相变引起的形状恢复应力超过丝材本身的屈服应力，合金的形状记忆特性变坏。合金长时间置于高温，产生不能完全记住该温度下形状的现象，即记忆力减退。当TiNi合金和CuZnAl合金长时间分别置于250℃和90℃以上的温度时，不管载荷大小如何，都出现不良影响。3、研究案例形状记忆合金的马氏体时效效应是指:在发生马氏体相变进入马氏体相后，形状记忆合金的物理性能会随其在马氏体相的停留时间发生变化。时效后的马氏体会表现的更加“稳定”，其表现为从马氏体相回到母相的逆相变转变温度Af会升高。3、研究案例马氏体时效效应可以形象的理解为：用记忆合金制备的血栓过滤器，如果放置时间过久，会导致本来该在人体温度（37℃左右）打开的支架，需要45℃才能打开。3、研究案例3、研究案例

A、B分别表示一个简立方结构α

β模型为A55B45即：将β子晶格上的部分原子，替换为A原子。3、研究案例A、在0.54下获得平衡的奥氏体结构约化温度B、降温到0.34获得马氏体C、不同保温时间得到时效马氏体D、升温回到奥氏体状态3、研究案例3、研究案例出现热弹马氏体相变的条件：母相与马氏体的比容差小；母相的弹性极限高；母相原子排列规律性强；3、研究案例时效过程对原子分布的影响:1、改变晶体的长程有序结构2、原子的短程有序排布需要澄清马氏体稳定化的微观机制究竟是什么？长程有序度LRO短程有序度SRO3、研究案例在时效过程中，长程有序度（LRO）没有发生变化，这表明在时效过程中，没有长程平均结构的变化。3、研究案例在β子晶格中，沿[100],[010]和[[001]方向的最近邻原子位置的点缺陷短程有序度随马氏体时效时间的演化情况.可以清楚的看到，短程有序度（SRO）随着马氏体时效发生了变化。如果对应马氏体稳定化，即Af点的变化来观察，SRO的变化与其同步。这表明，SRO的变化是马氏体稳定化的根本起源。3、研究案例支架过期后，本来该在人体温度（37℃左右）打开的支架，需要45℃才能打开。但是，可以用一个手段让该支架恢复性能。3、研究案例通过升温过程，使马氏体转变为母相后。母相再一次转变而来的马氏体，将不具备时效效应。该升温过程发生了什么：是简单的马氏体逆变，还是伴随着原子的扩散过程？3、研究案例奥氏体→降温到马氏体→时效→升温到奥氏体→（立刻）降温到马氏体①奥氏体→降