形状记忆合金讲稿
形状记忆合金
一、引言
金属具有记忆能力，乍听起来令人不可思议。然而，人们确已获得了这种具有“记忆能力”的金属(Shape Memeory Alloy)。人们把SMA合金做成花、鸟、鱼、虫等各种造型，只要浸入不太热的水中，一瞬间，花开放，鸟展翅，鱼摆尾，虫蠕动，并且栩栩如生，真如魔术般使人惊叹，这些都是形状记忆合金特异功能的显示。到目前为止，人们对形状记忆效应的物理本质和各种影响因素已经有了较为清晰的认识，形状记忆合金已被确认为一种热驱动的功能材料，人们利用其形状记忆效应，在仪器仪表、电器、自动控制、汽车、航空航天、医疗、生物工程及机器人等领域之中实现广泛应用。
二、形状记忆合金的发展
形状记忆效应源自材料中发生的马氏体相变。马氏体相变最初是由德国金属学家Martens在钢中发现。1938年，美国的格里奈哥(Greniger)和穆拉迪安在Cu-Zn合金中发现了马氏体的热弹性转变；随后，俄罗斯的库究莫夫对这种行为进行了研究。他们的研究在当时并没有受到世界的重视。1951年美国的Read等人在Au-Cd合金的研究中首次发现该合金具有形状记忆效应，随后，在InTi合金中也发现了形状记忆效应。这些合金价格昂贵，难以实现应用，人们开始寻找成本低廉的形状记忆合金。低成本形状记忆合金的发现完全是偶然的。1962年，美国海军军械研究所将NiTi合金作为对温度敏感的振动衰减合金加以研究，在讨论该项研究经费分配时，某一成员用手将这种材料制成的细丝一端弯曲，然后在点燃手中雪茄时，忽然发现靠近火焰部分的细丝伸直了。1963年，军械研究所宣布在TiNi合金丝中发现了形状记忆效应。由于TiNi合金具有强度高、塑性大、耐腐蚀件好、成本相对低廉等许多特点而引起极大关注，人们开始考虑合金形状记忆效应的广泛应用。
1970年人们又在成本更为低廉的CuAlNi合金中也发现形状记忆现象，并明确这种现象是能够产生热弹性马氏体相变的合金所共有的特性。以此为转折点，迄今人们己在许多合金中相继发现这种现象，如表所示。现在，人们发现有机弹性材料，甚至陶瓷，都可具有形状记忆的功能。
具有完全形状记忆效应合金的成分范围和Ms(马氏体相变开始温度)点
三、形状记忆合金的原理
形状记忆效应是指具有一定形状的固体材料(通常是具有热弹性马氏体相变的材料)，在某一低温状
态下(处于马氏体状态)进行一定限度的塑性变形后，通过加热到某一温度(通常是指该材料马氏体消失温度M f )时，材料完全恢复到变形前的初始形状。具有形状记忆效应的合金材料称为形状记忆合金。形状记忆效应与材料中的马氏体相变密切相关。要了解形状效应的原理，首先应该了解马氏体相变。
3.1、热弹性马氏体相变
钢在高温奥氏体相区淬火时，原来的面心立方点阵的奥氏体晶粒内以原子无扩散形式转变成体心立方结构，这就是钢的马氏体相变。通常把马氏体开始相变开始和相变结束的温度分别表示为M s 和M f ，而把马氏体逆相变(转变成奥氏体)的温度分别表示为A s 和A f 。
为使P(母相)-M(马氏体相)相变产生，M 相的化学自由能必须低于P 相，但相变还需要相变应变能、界面能等多余的非化学自由能，所以如果两相之间的化学
自由能差不超过其非化学自由能，相变就不能开始，也就
是说相变需要驱动力，如果不过冷到适当低于T 0(P 相和M
相化学自由能达到平衡的温度)的温度M s ，相变就不能进
行，而且，逆相变也需要驱动力，必须过热到适当高于T 0
的温度A s 。T o 和M s 之差称为过冷废，钢铁马氏体相变的
过冷度为200℃左右，而形状记忆合金的过冷度为5-30℃。
在低于M s 温度下，在马氏体片形成以后，界面上的
弹性变形是随着马氏体片长大而增大的。当长大到一定程
度后，这种弹性变形能及共格界面能等能量消耗的增加到
与相变的化学自由能的减少相等时，马氏体和母相达到了一种热弹性平衡状态，马氏体便停止长大。这种热效应和弹性效应之间的平衡状态就是热弹性这一名称的由来。然而，此时形变并未超过弹性极限，若温度继续下降，则因马氏体相变驱动力增加，马氏体片又继续长大。此时出现新的马氏体片长大也是可能的。当温度升高使相变驱动力减小时，马氏体片便会收缩，故称其为热弹性马氏体。相变称为热弹性马氏体相变。与此相反，不随温度变化长大或缩小的马氏体则叫做非热弹性马氏体。
3.2、形状记忆效应原理
形状记忆合金在一定范围内发生塑性变形后，经过加热到某一温度之上，能够恢复变形，其实质是马氏体相和母相化学自由能差随 温度变化与马氏体相变的关系
热弹性马氏体相变。形状记忆合金低温相为马氏体，柔软且易变形；高温相为奥氏体(母相)，比较硬。冷却过程中，母相会转变为孪晶马氏体，该马氏体在外应力
下容易变形成某一特定形状；加热时，已发生形变的马氏体
会回到原来的奥氏体状态。这就是宏观的形状记忆现象，过
程如图所示。
根据形状记忆效应引起的形状恢复是加热到A f 点以上
时才完结的这一事实可以推测，形状恢复驱动力就是逆相变
时母相和马氏体相之间的自由能差。但是，并不是一旦发生
了逆相变，试样形状总能完全得到恢复。为了使形状恢复以
完全可逆的形式进行，需要具备下列条件
(1)马氏体相变是热弹性；
(2)母相和马氏体呈现有序的点阵结构；
(3)马氏体点阵的不变切变为孪生，亚结构只能由孪晶和层错组成；
(4)马氏体相变在晶体学上是可逆的。
出现热弹马氏体相变的条件是母相与马氏体的比容差小，母相的弹性极限高，以保证不破坏母相与新相之间的共格联系；母相有序化程度高，原子排列规律性强，共格性容易维持。因而热弹性马氏体相变确保了新相在加热条件下容易向母相转变。
马氏体属于对称性低的点阵结构，面母相晶体为对称性较高的立方点阵结构，并且大都是有序的。有序点阵结构使母相的晶体位向自动得到保存。两相之间的点阵对应关系单一，且相变时点阵应变非常小，这样一来，逆相变时必然选取原位向的母相；而且有序化材料有较高的弹性极限，热弹性马氏体相变产生的小尺度畸变不会超过弹性极限，就会使逆相变过程中母相和马氏体界面保持弹性共格(即两相界面上的原子排列相近)，为逆相变时重新构成原母相结构提供有利条件。
如果马氏体内的亚结构是孪晶或层错，则相邻的不同取向的马氏体之间将呈孪晶关系。在外力作用下发生转变，得到的将是择优取向的马氏体，通过孪晶界面的移动，使某一取向的马氏体长大，而使其它不利取向的马氏体缩小。这保证了马氏体变形时不会出现太多的母相等效晶体位向。而且由于马氏体晶体的对称性低，因此逆相变时马氏体中只形成几个母相的等效晶体位向，甚至只形成一个母相的原来位向；并且，马氏体和母相之间具有特定的对应关系，只有特定取向的母相晶核才能不断长大，所以形成单一母相原来位向的倾向很大，使马氏体完全恢复了原来母相的晶体，宏观变形也完全回复。
所谓晶体学上相变可逆性，是指通过逆相变不仅在晶体结构上而且在晶体位向上都能恢复到相变前的母相状态。而相变晶体学上的可逆性可通过有序点阵的形成自动得到保障。因而，晶体学上的可逆性保证逆相变后形成有序性很高的原母相晶体，宏观变形也完全恢复。 以上条件是根据早期的形状记忆材料的特征而提出，现在随着形状记忆材料研究的不断深入，发现不完全具备上述条件的合金也可以显示形状记忆效应。如Fe-Mn-Si 合金马氏体相变是半热弹性的。
3.3、相变伪弹性和超弹性
温度的升降可以引起热弹马氏体消长，外加应力同样也可以引起马氏体消长。这样形成的马氏体叫应力诱发马氏体，随应力增加或减小，马氏体也相应长大或缩小。
A f 温度以上的马氏体只在应力作用下稳定，若合金在A f 以上进行拉伸，应力除去后，由于应力诱发马氏体当即逆转变为稳定的母相，相变引起的变形即行消失。这种不通过加热即恢复到原先形状的相变，看起来像弹性变形，但其应力—应变曲线是非线性的，它与传统材料的弹性本质不同，因此称为相变伪弹性，当其应变完全恢复时称为相变超弹性。
伪弹性与一般的弹性变形无关，仅与应力诱发相变和热弹性相变有关。在某一温度下(A f ＜T)施加应力的过程中，奥氏体将转变为马氏体。图中AB 段代表马氏体相的纯粹弹性变形。B 点对应的应力是应力诱发马氏体开始形成的最小应力。到C 点相变结束。BC
段的斜率远小于AB 段，说明相变容易进行：CD 段表示相
变结束后在应力作用下马氏体发生弹性变形。在D 点马氏
体开始屈服并发生塑性变形直到E 点断裂。如果在D 点之
前应力被取消，例如在点C ’，对应的应变为εc ，则通过几
步应变可恢复：首先发生马氏体的弹性恢复，如图中的C ’F
段所表示。F 点对应的应力是卸载过程中应力诱发马氏体能够存在的最大应力，在该点开始发生马氏体向奥氏体的逆相变，随后马氏体量不断减少直到奥氏体完全恢复(G 点)，即FG 段表示马氏体向奥氏体转换后引起的应变恢复，GH 段表示奥氏体的弹性恢复。
就形状记忆而言，试样在A s 点以下受到的应变—且加热到A f 点以上即可消失；就相变伪弹性而言，在A f 点以上试样受到的应变一旦卸载即可消失。这两种形
状恢复的起因都在于逆相变，因此本质上两者是同一现象，
只不过诱发逆相变的方法不同而已。呈现形状记忆效应的绝
大部分合金也呈现相变伪弹性效应。对于同一成分的形状记
忆合金，由于变形温度和合金的最初状态(马氏体或母相)的
不同，合金出现形状记忆效应或伪弹性取决于合金的马氏体
可逆转变开始温度A s 、结束温度A f 、应力作用温度和变形
温度，如图所示。正斜率直线表示诱发马氏体的临界应力，负斜率直线(A 或B)表示临界滑移应力。由图可以定性判断，如果变形临界应力低于B 线，发生完全滑移变形，不出现伪弹性；如果变形临界应力有A 线那么高，则当应力尚不足以产生滑移变形时就出现伪弹性，在划有斜线的应力—温度范围内能产生相变伪弹性效应。而且，在M s 以下温度对合金进行变形，只产生形状记忆；在A f 以上温度对合金施加应力，只出现伪弹性。
四、形状记忆合金的分类
4.1、合金成分
呈现形状记忆效应的合金，其基本合金系就有10种以上，如果把相互组合的合金或者添加适当元素的合金都算在内，则有100种以上。但是，其中得到实用的只有Ti基合金、Cu基合金以及Fe基合金。其余合金则因为有些化学成分不是常用元素而导致价格昂贵，或者有些只能在单晶状态下使用，因而不适于工业生产。
TiNi合金是目前形状记忆合金中研究最全面、记忆性能最好的合金材料。TiNi合金由于强度高、塑性大、耐腐蚀性好、稳定性好，尤其是特殊的生物相容性，得到了广泛的应用，特别是在医学上的应用是其它形状记忆合金所不能替代的，其主要性能见下表。
为了使形状记忆合金在广泛的领域中得到应用，其经济性是一个重要因素。铜基合金的价格仅为TiNi 合金的l/10，因而人们希望用它作为TiNi合金的替代品，其中研究最多的是CuAINi合金和CuZnAl合金。但是，铜基合金的记忆性能、耐性能、力学性能等比TiNi合金差，如表所示，因此，象驱动器的开关等要求反复使用次数多，性能可靠的用途上几乎都使用TiNi合金。相反，性能要求不那么高、反复使用次数也少，特别是要求降低成本的情况下才考虑使用Cu基合全。
TiNi合金与CuZnAl合金性能对比
铁基形状记忆合金发展较晚，早期的FePt和FePd合金由于价格昂贵未能得到应用，直到1982年有关Fe-Mn-Si记忆合金的研究论文的发表，引起了材料研究工作者极大兴趣，目前主要有Fe-Mn-Si、Fe-Ni-Co-Ti等合金。另外，已经高锰钢和不锈钢也具有不完全的形状记忆效应。与TiNi合金和铜基合金相比，Fe基合金价格低，加工性能好，力学强度高，在应用方面具有明显的竞争优势，但其形状记忆效应不是很好，如Fe-Ni-Co-Ti合金，预变形超过2%后形状记忆效应下降到40%以下。
4.2、形状记忆效应
形状记忆合金的形状记忆效应按形状恢复情况可以分为单程形状记忆效应、双程形状记忆效应和全程记忆效应三类。
单程记忆效应：将母相在高温下制成某种形状，再将母相冷却或加应力，使之发生马氏体相变，然后对马氏体任意变形，再重新加热至A s点以上，马氏体发生逆转变。当温度升至A f点，马氏体完全消失，材料恢复母相形状，而重新冷却时却不能恢复低温相时的形状。
双程记忆效应：若加热时，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恢复高低温相形状的现象称为双程记忆效应，又称可逆记忆效应。
全程形状记忆效应：这是一种加热时恢复高温形状，冷却时变为形状相同而取向相反的高温相的现
形状记忆材料
形状记忆材料 摘要：材料是现代社会发展的三大支柱产业之一，本文介绍了形状记忆材料的概念，发展历史，记忆效应产生的原理和分类应用。形状记忆材料主要分为三种：形状记忆合金、形状记忆陶瓷、形状记忆聚合物。由于形状记忆效应的独特记忆效应的性质，广泛的应用于工业领域和医学领域。 关键词：形状记忆材料、记忆效应、形状记忆合金、形状记忆陶瓷、形状记忆聚合物一．引言 材料、信息、能源被称为现代社会发展的三大支柱产业，材料对当代社会的进步和发展起着十分重要的作用。科技的不断进步对材料各个方面的性能的要求越来越高，智能化的材料已经成为一种趋势，而形状记忆材料的更是引起了国内外的研究热潮。 自上个世纪以来，形状记忆材料独特的性能引起了人们的极大的兴趣。由于形状记忆材料具有形状记忆效应、高温复形变、良好的抗震性和适应性等优异性能，有着传统驱动器不可比拟的性能优点，形状记忆合金由于具有许多优异的性能，而广泛应用于航空航天、机械电子、生物医疗、桥梁建筑、汽车工业及日常生活等多个领域。 二．形状记忆材料的概念 形状记忆材料[1]（shape memory materials ，简称SMM）是指具有一定初始形状的材料经过形变并固定成另一种形状后，通过热、光、电等物理或化学刺激处理又恢复成初始形状的材料。 三．形状记忆材料的发展史 1932年，瑞典人奥兰德在金镉合金中首次观察到了“记忆”效应，即合金形状被改变之后，一旦加热到一定的跃变温度时，它又可以魔术般的回到原来的形状，人们把具有这种特殊功能的合金称为形状记忆合金。 1938，当时的美国在Cu-Zn合金里发现了马氏体的热弹件转变，随后前诉苏联对这种行为进行了研究。 1951年美国的里德等人在金镉合金中也发现了形状记忆效应，然而在当时，
形态记忆合金材料论文
题目：关于形态记忆合金的研究进展 摘要：形态记忆合金是新兴的材料，本文主要讨论形状记忆合金相关内容,扼要地叙述了形状记忆合金的发现以及发展历史和分类, 介绍了形状记忆合金在工程中应用的现状以及发展前景。记忆合金作为一种使用价值比较广泛额材料，我们有理由相信形状记忆合金的发展前途是相当广泛的，也必将造福于人类。此外，通过这些介绍使人们能够真正的理解和认识这种新的材料——形态记忆合金。 关键字：：形状记忆合金、探索、各领域应用、形状记忆合金效应 正文： 一，形态记忆合金简介。 形状记忆合金(Shape Memory Alloy ,SMA) 是指具有一定初始形状的合金在低温下经塑性形变并固定成另一种形状后,通过加热到某一临界温度以上又可恢复成初始形状的一类合金。形状记忆合金具有的能够记住其原始形状的功能称为形状记忆效应(Shape Memory Effect ,SME) 。研究表明, 很多合金材料都具有SME ,但只有在形状变化过程中产生较大回复应变和较大形状回复力的,才具有利用价值。到目前为止,应用得最多的是Ni2Ti 合金和铜基合金(CuZnAl 和CuAlNi) 。 形状记忆合金作为一种特殊的新型功能材料,是集感知与驱动于一体的智能材料,因其功能独特,可以制作小巧玲珑、高度自动化、性能可靠的元器件而备受瞩目,并获得了广泛关注。 二、形态记忆合金分类及原理
形态记忆合金种类繁多，在现在情况来看，记忆合金主要分为以下几种： （1）单程记忆效应：形状记忆合金在较低的温度下变形，加热后可恢复变形前的形状，这种只在加热过程中存在的形状记忆现象称为单程记忆效应。 （2）双程记忆效应：某些合金加热时恢复高温相形状，冷却时又能恢复低温相形状，称为双程记忆效应。 （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。 至今为止发现的记忆合金体系Au-Cd、Ag-Cd、Cu-Zn、Cu-Zn-Al、Cu-Zn-Sn、Cu-Zn-Si、Cu-Sn、Cu-Zn-Ga、In-Ti、Au-Cu-Zn、Fe-Pt、Ti-Ni、Ti-Ni-Pd、Ti-Nb、U-Nb和Fe-Mn-Si等。 三、形态记忆合金的发展。 1932年瑞典人欧勒特在观察某种金镉合金的性能时，首次发现形状记忆效应。 1938年哈佛大学的研究人员在一种铜锌合金中发现了一种随温度的升高和降低而逐渐增大或缩小的形状变化，但是此时并未引起人们的广泛注意。 1962年美国海军实验室在开发新型舰船材料时，在Ti-Ni合金中发现把直条形的材料加工成弯曲形状，经加热后它的形状又恢复到原来的直条形，引起了材料科学界与工业界的重视,从此形状记忆合金引起了极大的关注。
形状记忆合金在医学领域的应用
形状记忆合金在医学领域的应用 1.形状记忆合金的特性 1.1形状记忆合金的结构特性 形状记忆效应(Shape memory effec,t SME)是由于马氏体相变而产生的。具有热弹性(半热弹性)或应力诱发马氏体相变(Stress inducedMartensitic trans-formation, SIM)的形状记忆合金(Shape memory al-loys, SMAs),在马氏体状态下进行一定限度的塑性变形,则在随后的加热过程中,当温度超过马氏体逆相变温度时,材料就能恢复到变形前的体积和形状。 1.2形状记忆合金的分类 形状记忆合金主要分为Ti-Ni基、Cu基及Fe基形状记忆合金。前两种合金主要为热弹性形状记忆合金,Fe基形状记忆合金为半热弹性形状记忆合金,其中用于医学领域的 TiNi 形状记忆合金，除了利用其形状记忆效应或超弹性外，还应满足化学和生物学等方面的要求，即良好的生物相容性。TiNi 可与生物体形成稳定的钝化膜。 形状记忆效应主要分为：单程记忆效应，双程记忆效应和全程记忆效应。 形状记忆合金在较低的温度下变形，加热后可恢复变形前的形状，这种只在加热过程中存在的形状记忆现象称为单程记忆效应。某些合金加热时恢复高温相形状，冷却时又能恢复低温相形状，称为双程记忆效应。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。 2.形状记忆合金的发展 首次被发现并公开报道某些合金中具有形状记忆效应这一现象的发现，可以追溯至1938年，美国哈佛大学的A.B.Greningerh和Mooradian在Cu-Zn合金中发现了马氏体的热弹性转变,即在加热与冷却过程中，马氏体会随之收缩与长大。1918年前苏联学者Kerdjumov曾预测到有一部分具有马氏体相变的合金会出现热弹性马氏体相变。1951年张禄经和T．A．Read报道了原子比为1∶1的CsCl 型AuCd合金在热循环中会反复出现可逆相变。数年后．T．A．Read又和M．W．Burkard在InTi合金中发现了同样纳可逆相变。一直到20世纪60年代初，这种观察到的形状记忆效应只看作是个别材料的特殊现象。甚至在1958年布鲁塞尔国际博览会上展出过用AuCd合金制作的重物升降机，都未引起足够的注意。 1963年，美国海军武器实验室W.J.Buchler等人在等原子比NiTi合金中发现了形状记忆效应后，才引起人们的重视，从此形状记忆合金进入了研究和应用的新阶段。到1975年左右，全世界相继开发出具有形状记忆效应的合金达20
形状记忆合金的应用现状与发展趋势
形状记忆合金的应用现状与发展趋势 摘要：综述了形状记忆合金的发展概况，简要介绍了形状记忆合金在不同领域的应用现状，分析了当前形状记忆合金研究中存在的问题，指出了今后的发展前景与研究方向。 关键词：形状记忆合金、形状记忆合金效应、应用 一、引言 形状记忆合金(Shape Memory Alloy ,SMA) 是指具有一定初始形状的合金在低温下经塑性形变并固定成另一种形状后,通过加热到某一临界温度以上又可恢复成初始形状的一类合金。形状记忆合金具有的能够记住其原始形状的功能称为形状记忆效应(Shape Memory Effect ,SME) 。 形状记忆合金作为一种特殊的新型功能材料,是集感知与驱动于一体的智能材料,因其功能独特,可以制作小巧玲珑、高度自动化、性能可靠的元器件而备受瞩目,并获得了广泛应用。 二、形状记忆合金的发展史与现状 在金属中发现现状记忆效应最早追溯到20世纪30年代。1938年。当时美国的 Greningerh和Mooradian在Cu-Zn合金小发现了马氏体的热弹件转变。随后，前苏联的Kurdiumov对这种行为进行了研究。1951年美国的Chang相Read 在Au47·5Cd(％原子)合金中用光学显微镜观察到马氏体界面随温度的变化发生迁动。这是最早观察到金属形状记忆效应的报道。数年后，Burkhart 在In-Ti 合金中观察到同样的现象。然而在当时，这些现象的发现只被看作是个别材料的特殊现象而未能引起人们足够的兴趣和重视。直至1963年，美国海军武器实验室的Buehler等人发现了Ni-Ti合金中的的形状记忆效应，才开创了“形状记忆”的实用阶断[1]。
形状记忆合金文献综述
形状记忆合金性能及其应用 摘要：形状记忆合金具有形状记忆效应、超弹性效应、高阻尼特性、电阻突变效应以 及弹性模量随温度变化等一般金属不具备的力学特性，使其在仪器仪表、自动控制、机器人、机械制造、汽车、航天航空、生物医学等工程领域都能发挥重要的作用，对其本 构性能和在工程应用中的性能的研究十分必要。形状记忆合金作为一种特殊的新型功能 材料,是集感知与驱动于一体的智能材料,因其功能独特,可以制作小巧玲珑、高度自动化、性能可靠的元器件而备受瞩目,并获得了广泛应用。 关键字：形状记忆合金形状记忆合金效应分类应用 1形状记忆合金简介 1.1 形状记忆材料是指具有形状记忆效应(shape memory effect，简称SME)的材料。形 状记忆效应是指将材料在一定条件下进行一定限度以内的变形后，再对材料施加适当的 外界条件，材料的变形随之消失而回复到变形前的形状的现象。通常称有SME的金属材料为形状记忆合金(shape memory alloys，简称SMA)。研究表明, 很多合金材料都具有SME ,但只有在形状变化过程中产生较大回复应变和较大形状回复力的,才具有利用价值。到目前为止,应用得最多的是Ni2Ti 合金和铜基合金(CuZnAl 和CuAlNi) 。 1.2 至今为止发现的记忆合金体系： Au-Cd、Ag-Cd、Cu-Zn、Cu-Zn-Al、Cu-Zn-Sn、Cu-Zn-Si、Cu-Sn、Cu-Zn-Ga、In-Ti、Au-Cu-Zn、Fe-Pt、Ti-Ni、Ti-Ni-Pd、Ti-Nb、U-Nb和Fe-Mn-Si等。 1.3 形状记忆合金的历史只有70多年，开发迄今不过20余年，但由于其在各领域的特效应用，正广为世人所瞩目，被誉为"神奇的功能材料"，其实用价值相当广泛，其应用范围涉及机械、电子、化工、宇航、能源和医疗等许多领域。 2形状记忆合金效应分类 2.1 单程记忆效应 形状记忆合金在较低的温度下变形，加热后可恢复变形前的形状，这种只在加热过
形状记忆合金论文
形状记忆合金 摘要：扼要地叙述了形状记忆合金及其机理, 介绍了形状记忆合金在工程中应用的现状以及发展前景。 关键词：形状记忆合金、形状记忆合金效应、应用 引言：有一种特殊的金属材料,经适当的热处理后即具有回复形状的能力,这种材料被称为形状记忆合金( Shape Memory Alloy ,简称为SMA) ,这种能力亦称为形状记忆效应(Shape Memory Effect , 简称为SME) 。通常,SMA 低温时因外加应力产生塑性变形,温度升高后,克服塑性变形回复到所记忆的形状。研究表明, 很多合金材料都具有SME ,但只有在形状变化过程中产生较大回复应变和较大形状回复力的,才具有利用价值。到目前为止,应用得最多的是Ni2Ti 合金和铜基合金(CuZnAl 和CuAlNi) 。 形状记忆合金（Shape Memory Alloys, SMA）是一种在加热升温后能完全消除其在较低的温度下发生的变形，恢复其变形前原始形状的合金材料。除上述形状记忆效应外，这种合金的另一个独特性质是在高温（奥氏体状态）下发生的“伪弹性”（又称“超弹性”，英文 pseudoelasticity）行为，表现为这种合金能承载比一般金属大几倍甚至几十倍的可恢复应变。形状记忆合金的这些独特性质源于其内部发生的一种独特的固态相变——热弹性马氏体相变。 一、形状记忆合金的发展史 最早关于形状记忆效应的报道是由Chang及Read等人在1952年作出的。他们观察到Au-Cd合金中相变的可逆性。后来在Cu-Zn合金中也发现了同样的现象，但当时并未引起人们的广泛注意。直到1962年，Buehler及其合作者在等原子比的TiNi合金中观察到具有宏观形状变化的记忆效应，才引起了材料科学界与工业界的重视。到70年代初，CuZn、CuZnAl、CuAlNi等合金中也发现了与马氏体相变有关的形状记忆效应。几十年来，有关形状记忆合金的研究已逐渐成为国际相变会议和材料会议的重要议题，并为此召开了多次专题讨论会，
高分子形状记忆合金的发展及趋势
高分子形状记忆合金的发展及趋势 摘要：本论文主要讨论形状记忆合金相关内容,扼要地叙述了形状记忆合金的发现以及发展历史和分类, 介绍了形状记忆合金在工程中应用的现状以及发展前景。 关键词：形状记忆合金、形状记忆合金效应、应用 1.形状记忆分子材料的特性 形状记忆合金是指具有一定初始形状的合金在低温下经塑性形变并固定成另一种形状后,通过加热到某一临界温度以上又可恢复成初始形状的一类合金。形状记忆合金具有的能够记住其原始形状的功能称为形状记忆效应。研究表明, 很多合金材料都具有SME ,但只有在形状变化过程中产生较大回复应变和较大形状回复力的,才具有利用价值。到目前为止,应用得最多的是Ni2Ti 合金和铜基合金 形状记忆合金作为一种特殊的新型功能材料,是集感知与驱动于一体的智能材料,因其功能独特,可以制作小巧玲珑、高度自动化、性能可靠的元器件而备受瞩目,并获得了广泛应用。 1.1单程记忆效应： 形状记忆合金在较低的温度下变形，加热后可恢复变形前的形状，这种只在加热过程中存在的形状记忆现象称为单程记忆效应。 1.2双程记忆效应： 某些合金加热时恢复高温相形状，冷却时又能恢复低温相形状，称为双程记忆效应。 1.3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。 2.形状记忆效应的应用 迄今为止,形状记忆合金在空间技术、医疗器械、机械器具、电子设备、能源开发、汽车工业及日常生活各方面都得到了广泛的应用,总的来说,按使用特性的不同,可归纳为下面几类: 2.1.自由回复 SMA 在马氏体相时产生塑性形变,温度升高自由回复到记忆的形状。自由回复的典型例子是人造卫星的天线和血栓过滤器。美国航空航天局(NASA) 将Ti2Ni
什么是形状记忆合金
什么是形状记忆合金 有一种记忆方法是形状记忆法，你在运用过这种方法吗?那你有知道什么是形状记忆合金吗?下面和一起来了解什么是形状记忆合金吧，希望对你有帮助! 形状记忆合金的定义形状记忆合金(Shape Memory Alloys,)，简称SMA，是一种在加热升温后能完全消除其在较低的温度下发生的变形，恢复其变形前原始形状的合金材料，即拥有“记忆"效应的合金。在航空航天领域内的应用有很多成功的范例。人造卫星上庞大的天线可以用记忆合金制作。发射人造卫星之前，将抛物面天线折叠起来装进卫星体内，火箭升空把人造卫星送到预定轨道后，只需加温，折叠的卫星天线因具有“记忆”功能而自然展开，恢复抛物面形状。 形状记忆合金简介形状记忆合金(shape memory alloy)在临床医疗领域内有着广泛的应用，例如人造骨骼、伤骨固定加压器、牙科正畸器、各类腔内支架、栓塞器、心脏修补器、血栓过滤器、介入导丝和手术缝合线等等，记忆合金在现代医疗中正扮演着不可替代的角色。记忆合金同我们的日常生活也同样休戚相关。 形状记忆合金具有形状记忆效应(shape memory effect) ，以记忆合金制成的弹簧为例，把这种弹簧放在热水中，弹簧的长度立即伸长，再放到冷水中，它会立即恢复原状。利用形状记忆合金弹簧可
以控制浴室水管的水温：在热水温度过高时通过"记忆"功能，调节或关闭供水管道，避免烫伤。也可以制作成消防报警装置及电器设备的保险装置。当发生火灾时,记忆合金制成的弹簧发生形变，启动消防报警装置，达到报警的目的。还可以把用记忆合金制成的弹簧放在暖气的阀门内，用以保持暖房的温度，当温度过低或过高时，自动开启或关闭暖气的阀门。形状记忆合金的形状记忆效应还广泛应用于各类温度传感器触发器中。 形状记忆合金另一种重要性质是伪弹性(pseudoelasticity，又称超弹性，superelasticity) ，表现为在外力作用下，形状记忆合金具有比一般金属大的多的变形恢复能力，即加载过程中产生的大应变会随着卸载而恢复[2-3] 。这一性能在医学和建筑减震以及日常生活方面得到了普遍应用。例如前面提到的人造骨骼、伤骨固定加压器、牙科正畸器等[4] 。用形状记忆合金制造的眼镜架，可以承受比普通材料大得多的变形而不发生破坏(并不是应用形状记忆效应，发生变形后再加热而恢复) 形状记忆合金应用形状记忆合金由于具有许多优异的性能，因而广泛应用于航空航天、机械电子、生物医疗、桥梁建筑、汽车工业及日常生活等多个领域。 航空航天工业 形状记忆合金已应用到航空和太空装置。如用在军用飞机的液压系统中的低温配合连接件，欧洲和美国正在研制用于直升飞机的智能水平旋翼中的形状记忆合金材料。由于直升飞机高震动和高噪声使用
形状记忆合金材料的应用
形状记忆合金材料的性质与应用综述 【摘要】形状记忆合金是一种新型功能材料，在各个领域有着广泛的应用。本文简要介绍了形状记忆合金的特性、应用以及发展前景。 【关键词】形状记忆合金应用发展现状 【引言】形状记忆合金（Shape Memory Alloys, SMA），是一种在加热升温后能完全消除其在较低的温度下发生的变形，恢复其变形前原始形状的合金材料。最早关于形状记忆效应的报道是由Chang及Read等人在1952年做出的。他们观察到Au-Cd合金中相变的可逆性。[3]后来在Cu-Zn合金中也发现了同样的现象，但当时并未引起人们的广泛注意。直到1962年，Buehler及其合作者在等原子比的 Ti-Ni合金中观察到具有宏观形状变化的记忆效应，才引起了科学界与工业界的重视。这种新型功能材料目前已广泛用于电子仪器、汽车工业、医疗器械、空间技术和能源开发等领域。 一、形状记忆合金的分类 1、单程记忆效应：形状记忆合金在较低的温度下变形，加热后可恢复变形前的形状，这种只在加热过程中存在的形状记忆现象称为单程记忆效应。 2、双程记忆效应：某些合金加热时恢复高温相形状，冷却时又能恢复低温相形状，称为双程记忆效应。 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。 二、形状记忆合金的特性 1、形状记忆效应：合金在某一温度下受外力而变形，当外力去除后，仍保持其变形后的形状，但当温度上升到某一温度，材料会自动回复到变形前原有的形状，似乎对以前的形状保持记忆，这种效应称为形状记忆效应。 2、超弹性：在高于A f点、低于M d点的温度下施加外应力时产生应力诱发马氏体相变,卸载就产生逆相变,应变完全消失,回到母相状态,表观上呈现非线性拟弹性应变,这种现象称为超弹性。 3、高阻尼特性：形状记忆合金在低于Ms点的温度下进行热弹性马氏体相变，生成大量马氏体变体(结构相同、取向不同)，变体间界面能和马氏体内部孪晶界面能都很低，易于迁移，能有效地衰减振动、冲击等外来的机械能，因此阻尼特性特别好。 4、耐磨性：在形状记忆合金中，Ti-Ni合金在高温(CsCl型体心立方结构)状态下同时具有很好的耐腐蚀性和耐磨性。可用作在化工介质中接触滑动部位的机械密封材料，原子能反应堆中用做冷却水泵机械密封件。 5、逆形状记忆特性：将Cu-Zn-Al记忆合金在Ms点上下的很小温度范围内进行大应变量变形,然后加热到高于Af点的温度时形状不完全恢复，但再加热到高于200oC时却逆向地恢复到变形后的形状，称为逆形状记忆特性。 三、形状记忆合金在各领域的应用 1、医疗方面： Ni-Ti合金是医用生物材料的佼佼者，在临床医学和医疗器械等方面广泛应用。 [1]如介入疗法，将各类人体腔内支架、经过预压缩变形后,能够经过很小的腔隙安放到人体血管、消化道、呼吸道、以及尿道等各种狭窄部位，支架扩展后，在人体腔内支撑起狭小的腔道。具有疗效可靠、使用方便、可大大缩短治疗时间和减
铁基形状记忆合金简述
课程论文设计 金属材料热处理原理 题目：铁基形状记忆合金简述院系：材料科学与工程学院专业：金属材料成型加工 学号：20110800818 姓名：申澎洋 指导老师：朱世杰 时间：2013年11月24日
铁基形状记忆合金简述 申澎洋 （郑州大学20110800818） 【摘要】铁基形状记忆合金(Fe-Based Shape Memory Alloy )是继镍钛基和铜基形状记忆合金之后的第三代形状记忆合金，由于其价格低廉、强度高、加工性能好、使用方便等优点引起广泛重视。铁基形状记忆合金的形状记忆效应和超弹性取决于合金的马氏体相变特征，掌握铁基形状记忆合金的马氏体相变规律是开发和优化铁基形状记忆合金的前提。本文简要介绍了形状记忆效应（SEM）的基本概念和形状记忆合金的发展。总结了铁基合金记忆效应的不同机理和影响马氏体相变的特征的各种因素，展望了铁基合金今后的研究方向和应用前景。 【关键词】铁基形状记忆合金形状记忆效应马氏体相变 一、引言 形状记忆材料是近几十年发展起来的一种新型功能材料。这种材料最主要的特征是具有形状记忆效应，即材料变形（通常在M S以下或者M S附近）后再经加热，如加热超过一定温度（如A S），材料就能恢复到它变形前的形状。形状记忆合金因其具有形状记忆性能和超弹性，目前已获得广泛应用。例如管接头，各种电器中的驱动器，手持话机天线，以及医学支架和导丝等。此外，记忆合金的
驱动和传感功能，还可用于微驱动器"微机械和微型机器人等。 早在1938年，已发现Cu-Zn合金具有热弹性马氏体的特征；1948年，苏联库尔久莫夫在其著名论文“马氏体相变”中预测了具有可逆相变的合金中会出 现热弹性马氏体。1931年，张禄经和Read在Au-Cd合金中最早观察到形状记忆效应，直到1963年Buehler 的课题组在Ti-Ni合金中发现了类似的形状记忆效应后，才真正引起很多科学家的重视。常见的形状记忆合金主要有三类，即Ti-Ni基、Cu基、Fe基合金。Ti-Ni基形状记忆合金具有优良的机械性能、抗腐蚀性能、和生物相容性而被认为是最好的生物材料之一，但是价格昂贵，且难于制备和加工。Cu基形状记忆合金的主要包括Cu-Al-Ni和Cu-Zn-Al系，其优点是价格便宜和容易加工，缺点是过热容易分解为平衡相，并且容易产生马氏体稳定化，以及双程形状记忆效应容易退化。Fe基形状记忆合金主要有Fe3Pt、 Fe-Ni-Co和Fe-Mn-Si系。 二、形状记忆效应机制 1．马氏体相变与形状记忆效应 马氏体相变是一种位移型、无原子扩散性转变，属于结构型相变，即材料相变时由一种晶体结构改变为另一种晶体结构。徐祖耀提出马氏体相变定义为：替换原子无扩散切变使其形状改变的相变; 其中相变泛指一级( 具有热量突变，如放热，和体积突变，如膨胀)、形核—长大型( 马氏体形成经形核和长大阶段) 相变。马氏体相变的主要特征是: 替换原子无扩散( 成分不改变，近邻原子关系不改变) ，切变( 母相和马氏体之间呈位向关系) 和形状改变( 抛光面显示浮突)。根据马氏体相变时的热力学特征，马氏体可分为:
形状记忆合金的应用现状与发展趋势
11 Santhanam A T,G odse R V,G rab G P et al.U.S.Patent. 1993(5):250,367 12 Nemeth B J,Santhanam A T,G rab G P.Proceed.10th Plansee Seminar,Plansee A.G.,Reutte/T yrol,1981:613～627 13 Santhanam A T,G rab G P,R olka G A et al.Proceed.con f. on High Productivity Machining-Materials and Processes. New Orleans,La,American S ociety for Metals,1985:113～121 14 Nemeth B J,G rab G P.U.S.Reissue Patent.1993,N o.34, 180 15 D oi H.Proceed.2nd Int.C on f.on the Science of Hard Mate2 rials,Adam Hilger Ltd.Ser.1986(75):489～523 16 Claussen N.Mater.Sci.Eng.1985(71):23～38 17 Wei G C,Becher P F.Am.Ceram.S oc.Bull.1985,64 (2):298～30418 Faber K T,Evans A G.Acta Metall.1983,31(4):565～576 19 N orth B,Baker R D.Int.J.of Refractory Hard Metals. 1984,3(1):46～51 20 Beeghly C W,Shuster A F.Proceed.S oc.of Carbide and T ool Engineers C on f.on Advances in T ool Materials for use in High S peed Machining,Scottsdale,AZ,AS M International, 1987,91～99 21 K ennametal Lathe T ooling Catalog4010.2004 22 Oles E J,Reiner K L,G ates et al.U.S.Patent.2003.6, 599,062 23 Inspektor A,Oles E J,Bauer C E.Int.J.of Refractory Met2 als and Hard Materials.1997(15):49～56 第一作者:M.S.G reen field,博士,美国肯纳金属公司材料总监 (胡红兵译) 收稿日期:2005年4月形状记忆合金的应用现状与发展趋势 肖恩忠 潍坊学院 摘 要:综述了形状记忆合金的发展概况,简要介绍了形状记忆合金在不同领域的应用现状,分析了当前形状记忆合金研究中存在的问题,指出了今后的发展前景与研究方向。 关键词:形状记忆合金, 形状记忆效应, 机理, 应用 Application Actuality and Development T rend of Shape Memory Alloy X iao Enzhong Abstract:The general development of the shape mem ory alloy(S M A)is summarized,and its applications in different fields are briefly introduced.Als o,problems in the study of S M A at present are analyzed.Finally,The development foreground and re2 search directions of S M A in the future are pointed out. K eyw ords:shape mem ory alloy, shape mem ory effect, mechanism, application 1 引言 形状记忆合金(Shape Mem ory Alloy,S MA)是指具有一定初始形状的合金在低温下经塑性形变并固定成另一种形状后,通过加热到某一临界温度以上又可恢复成初始形状的一类合金。形状记忆合金具有的能够记住其原始形状的功能称为形状记忆效应(Shape Mem ory E ffect,S ME)。 形状记忆合金作为一种特殊的新型功能材料,是集感知与驱动于一体的智能材料,因其功能独特,可以制作小巧玲珑、高度自动化、性能可靠的元器件而备受瞩目,并获得了广泛应用。 2 形状记忆合金的发展历史与现状 在金属中发现形状记忆效应最早可追溯到20世纪30年代。1938年,美国的G reningerh和M oora2 dian在Cu2Zn合金中发现了马氏体的热弹性转变。随后,前苏联的K urdium ov对这种现象进行了研究。1951年,Chang和Read在Au24715at%Cd合金中用光学显微镜观察到马氏体界面随温度的变化而发生迁动。这是最早观察到金属形状记忆效应的报道。数年后,Burkhart在In2T i合金中观察到同样的现象。然而在当时,这些现象的发现只被看作是个别材料的特殊现象而未能引起人们足够的兴趣和重视。直到1963年,美国海军武器实验室的Buehler等人发现等原子比的T i2Ni合金具有优良的形状记忆功能,
形状记忆材料
形状记忆材料 一、材料简介 形状记忆材料是指具有形状记忆效应的工程材料，是一种智能型多功能材料，集敏感和驱动功能于一体，输入热量就可对外做功。在各工程技术、医学领域有着广阔的应用前景。 该材料是具有一定形状的固体在一定条件下经一定塑性变形后，当加热至一定温度时又可完全恢复至原形状的新型材料。即它能记忆母象的形状，具有SME 的合金，称为记忆合金（SMA）。 形状记忆效应是1951年美国Read等人在AUCD合金中首先发现的，1953年在 R8-合金中也发现了同样现象，但当时并没有过多的引人注目。直到1964年美国Buehler等人在Ti-Ni合金中发现形状记忆效应后，该新型材料才受到世界瞩目，科学家们才逐步开展起对它的研发和利用。20世纪60年代中期出现了Ti-Ni合金制造的人造卫星天线和能量转换热机。1970年在形状记忆合金历史上有两项重大突破:一是Ti-Ni合金管接头在F14飞机油压管路连接上大量应用,这是形状记忆合金的第一个批量产品；二是日本大阪大学清水和大塚对所发现的形状记忆合金进行综合研究后发现这些合金有共性：它们都有热弹性马氏体相变。 形状记忆合金的制造一般需要熔铸、加工、成形、形状记忆处理等几大步骤。形状记忆高分子的制法与普通高分子的制法基本相同，既可以采用浇注法直接制得制品，也可以采用双螺杆挤出机，先制得粒料然后再注射成型。对于热塑性的形状记忆高分子多采用先制成粒料再成型的方法。成型前粒料必须除去水分，否则会使物性下降，外观变差。对于热固性的形状记忆高分子则多采用浇注法、固化脱模后硫化即得具有“原始形状”的制品，再经二次成型得形状记忆高分子。 制造工艺图如下： 铸锭均匀化热锻热轧 热旋热拉最终热处理 中间退火冷拉
形状记忆合金在医学上的应用
论文名： 形状忆合金在医学上的应用 学院：材料与化工学院 专业：金属材料工程 班级： 学号： 姓名：
内容摘要形状记忆合金的研究是近几年工程技术界颇为关注的一项 高新尖技术，其在航空航天、机械电子、工程建筑、医学医疗等相关领域已取得了一些应用性研究成果.本文介绍了形状记忆合金特点、功能、以及在现代医学中的研究与应用的现状与发展趋势. 关键词形状记忆合金医学领域 1.前言 在人类文明发展史上，材料是科学技术进步的重要支柱，也是社会进步的物质基础。在科技日新月异的今天，新材料更是高科技发展的先导。形状记忆合金正是新科技领域的一朵奇葩，正在灿烂的绽放。 1932年，瑞典人奥兰德在金镉合金中首次观察到"记忆"效应，即合金的形状被改变之后，一旦加热到一定的跃变温度时，它又可以魔术般地变回到原来的形状，人们把具有这种特殊功能的合金称为形状记忆合金。记忆合金的开发迄今不过20余年，但由于其在各领域的特效应用，正广为世人所瞩目，被誉为"神奇的功能材料"。 1963年，美国海军军械研究所的比勒在研究工作中发现，在高于室温较多的某温度范围内，把一种镍-钛合金丝烧成弹簧，然后在冷水中把它拉直或铸成正方形、三角形等形状，再放在40 ℃以上的热水中，该合金丝就恢复成原来的弹簧形状。后来陆续发现，某些其他合金也有类似的功能。这一类合金被称为形状记忆合金。每种以一定元素按一定重量比组成的形状记忆合金都有一个转变温度；在这一温度以上将该合金加工成一定的形状，然后将其冷却到转变温度以下，人为地改变其形状后再加热到转变温度以上，该合金便会自动地恢复到原先在转变温度以上加工成的形状。 1969年，镍--钛合金的“形状记忆效应”首次在工业上应用。人们采用了一种与众不同的管道接头装置。为了将两根需要对接的金属管连接，选用转变温度低于使用温度的某种形状记忆合金，在高于其转变温度的条件下，做成内径比待对接管子外径略微小一点的短管(作接头用)，然后在低于其转变温度下将其内径稍加扩到该接头的转变温度时，接头就自动收缩而扣紧被接管道，形成牢固紧密的连接。美国在某种喷气式战斗机的油压系统中便使用了一种镍-钦合金接头，从未发生过漏油、脱落或破损事故。 1969年7月20日，美国宇航员乘坐“阿波罗”11号登月舱在月球上首次留下了人类的脚印，并通过一个直径数米的半球形天线传输月球和地球之间的信息。这个庞然大物般的天线是怎么被带到月球上的呢?就是用一种形状记忆合金材料，先在其转变温度以上按预定要求做好，然后降低温度把它压成一团，装进登月舱带上天去。放置于月球后，在阳光照射下，达到该合金的转变温度，天线“记”起了自己的本来面貌，变成一个巨大的半球。科学家在镍-钛合金中添加其他元素，进一步研究开发了钦镍铜、钛镍铁、钛镍铬等新的镍钛系形状记忆合金；除此以外还有其他种类的形状记忆合金，如:铜镍系合金、铜铝系合金、铜锌系合金、铁系合金(Fe-Mn-Si, Fe-Pd)等。 而今形状记忆合金以应用到我们生活的各个领域，正在改变着我们的生活。
铁基形状记忆合金管道接头的性能研究
第３５卷第６期化工机械３２７铁基形状记忆合金管道接头的性能研究 骆华锋＋（大庆石油学院） 孟祥刚 （大庆油田工程有限公司） 摘要针对环氧粉末内防腐涂层的内补口问题。将铁基形状记忆合金管道接头应用于环氧粉末内防腐涂层管道，并对其进行了水压、拉拔和腐蚀等性能试验。结果表明，铁基形状记忆合金管道接头连接系统的密封性能、耐压性能和抗拉拨性能得到了显著提高，且耐蚀性及抗氧化性能优良。 关键词管道接头铁基形状记忆合金环氧粉末内防腐涂层内补口性能研究 中凰分类号ＴＱ０５５．８＋ｌ文献标识码Ａ文章编号０２５４－６０９４（２００８）０６－０３２７－０４ 环氧粉末内防腐涂层由于具有抗机械磨损、化学稳定性高、耐热性好、耐酸、耐碱、耐盐、耐水以及抗微生物侵蚀等优点，在油田管道上得到了广泛的应用，但是它的补口问题在国内至今没有得到满意的解决。目前，国内这种管道的内补口采用内衬短节外焊接技术，该方法由于扩口时的精度不高，受现场施工环境和条件所限，很难达到预期的效果，而且由于焊接热影响区材料金相组织发生变化，容易产生残余应力并引起应力腐蚀开裂，缩短整条管线的使用寿命¨ｑ。。为此，笔者将铁基形状记忆合金管道接头应用于环氧粉末内防腐涂层管道的连接。 铁基形状记忆合金通过诱发马氏体相变（７—８）及其逆相变从而导致形状记忆效应。铁基形状记忆合金管道接头初始内径小于被连接管子的外径，变形后的管道接头内径大于被连接管子的外径，很容易将两根钢管通过管接头连接。经过低温加热后冷却，管道接头发生马氏体逆相变，记忆其原来的小口径状态，直径缩小，最终管道接头与钢管产生过盈配合，从而抱紧、固定并连接两根钢管”’。针对上述情况，笔者对环氧粉末内防腐涂层用铁基形状记忆合金管道接头连接的管道性能进行了试验研究。 １试验 １．１试验材料及样品 取ｑｂ７６ｍｍ×３．５ｍｍ铁基形状记忆合金管道接头４个，其原材料为工业纯铁（ＤＴ２）、电解锰（ＤＭｎ．１）、金属铬（ＪＣｒ９９）、微碳铬铁（ＶＣｒｌ０）和电解镍（Ｎｉ—１），采用非真空感应炉熔炼而成；取ｔｈ７６ｍｍ×３．５ｍｍ碳钢管，自制粘结剂。试验样品如图ｌ所示。 １．２试验过程 ?骆华锋，女，１９７６年５月生，讲师。黑龙江省大庆市，１６３３１８。 ｂ．被连接管 图１试验样品 万方数据
形状记忆合金
形状记忆合金 摘要：形状记忆合金具有形状记忆效应、超弹性效应、高阻尼特性、电阻突变效应以及弹性模量随温度变化等一般金属不具备的力学特性，使其在仪器仪表、自动控制、机器人、机械制造、汽车、航天航空、生物医学等工程领域都能发挥重要的作用，对其本构性能和在工程应用中的性能的研究十分必要。形状记忆合金作为一种特殊的新型功能材料,是集感知与驱动于一体的智能材料,因其功能独特,可以制作小巧玲珑、高度自动化、性能可靠的元器件而备受瞩目,并获得了广泛应用。 关键字：形状记忆合金制备应用研究进展 1 形状记忆合金简介 1.1 形状记忆材料 是指具有形状记忆效应(shape memory effect，简称SME)的材料。形状记忆效应是指将材料在一定条件下进行一定限度以内的变形后，再对材料施加适当的外界条件，材料的变形随之消失而回复到变形前的形状的现象。通常称有SME的金属材料为形状记忆合金(shape memory alloys，简称SMA)。研究表明, 很多合金材料都具有SME ,但只有在形状变化过程中产生较大回复应变和较大形状回复力的,才具有利用价值。已发现的形状记忆合金种类很多，可以分为Ti-Ni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Ti-Ni系合金和铜系合金。 到目前为止,应用得最多的是Ni2Ti合金和铜基合金(CuZnAl 和CuAlNi) 。 1.2 形状记忆合金效应分类 1.2.1 单程记忆效应 形状记忆合金在较低的温度下变形，加热后可恢复变形前的形状，这种只在加热过程中存在的形状记忆现象称为单程记忆效应。 1.2.2 双程记忆效应 某些合金加热时恢复高温相形状，冷却时又能恢复低温相形状，称为双程记忆效应。 1.2.3 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。 2 形状记忆合金的制备
形状记忆合金及应用
形状记忆合金及应用 XXX （化学化工学院材料化学材料化学1001） 摘要形状记忆效应自20世纪30年代报道以来逐步得到人们的重视并加以应用，本文扼要地叙述了形状记忆合金及其机理以及在一些领域的应用。 关键词形状记忆合金原理应用 Abstract The shape memory effect since the 1930s reported gradually get people's attention and application, this paper briefly describes the application of shape memory alloy and its mechanism, and in some areas. Key words Shape memory alloys Principle Application 1.引言 形状记忆合金( Shape Memory Alloy, 简称SMA) 是指具有一定初始形状的合金在低温下经塑性形变并固定成另一种形状后, 通过加热到某一临界温度以上又可恢复成初始形状的一类合金。形状记忆合金是一类具有形状记忆性能的合金, 其主要特征是具有形状记忆效应（SME）[1]。研究表明, 很多合金材料都具有SME, 但只有在形状变化过程中产生较大回复应变和较大形状回复力的, 才具有利用价值。到目前为止, 应用得最多的是Ni-Ti合金和铜基合金( CuZnAl 和CuAlNi) 。 2.SMA 2.1 发现历史 形状记忆效应是张禄经和Read在1951年在AuCd合金中最早观察到的[2], 直到1963年Buehler的课题组在Ni-Ti合金中发现了类似的形状记忆效应之后[3],才真正引起很多科学家的重视。 2.2 晶体学特性 SME 的本质是合金中的热弹性马氏体相变[4]。马氏体相变发生的能量条件是马氏体的化学自由能必须比母相的低。也就是说,只有当母相过冷到马氏体相与母相化学自由能平衡温度T0以下适当温度Ms 时,马氏体将长大,直到热化学自由能和弹性非化学自由能两者之差最小时,马氏体的生长过程才告结束。同样,只有当马氏体过热到T0以上温度As 时, 在相变驱动力作用下, 马氏体缩小的逆转变过程才能开始。这种马氏体的长大或缩小受热效应和弹性效应两因素平衡条件的制约的相变称为“热弹性马氏体相变”。相变并不是发生在某一温度点, 而是一个温度范围, 不同的合金系具有不同的温度范围。 图1 相变温度曲线 图( 1) 显示了相变特性及相变循环中的关键点, 其中Ms, Mf为马氏体相变的开始和结束时的温度, As,Af为逆相变的起始和结束温度,人们通常用相变温度Af表征合金的特性。多数的合金, 相变发生在较窄的温度范围内, 而且伴随着滞后现象,以致加热与冷却的转变过
记忆合金
记忆合金 一个颇为特别的金属条，它极易被弯曲，我们把它放进盛着热水的玻璃缸内，金属条向前冲去；将它放入冷水里，金属条则恢复了原状。在盛着凉水的玻璃缸里，拉长一个弹簧，把弹簧放入热水中时，弹簧又自动的收拢了。凉水中弹簧恢复了它的原状，而在热水中，则会收缩，弹簧可以无限次数的被拉伸和收缩，收缩再拉开。这些都是用一种特殊合金，有记忆力的金属做成的，它的微观结构有两种相对稳定的状态，在高温下这种合金可以被变成任何你想要的形状，在较低的温度下合金可以被拉伸，但若对它重新加热，它会记起它原来的形状，而变回去。 在显微镜下看到这种合金的两种部分稳定结构的样子，金属正逐渐从一种形态变到另一种形态，通过温度的转换，合金也可以恢复它原来的结构。不同的合金有着不同的特性，这样的实验就是为了找出这些非凡的金属有何实际的用途。有一种特殊的合金用在医学上，用来恢复复杂的骨折。 这条金属是用一条特殊的黄铜合金制成的，不易断裂，当它在水银中浸过之后，便可以毫不费力的折断，在显微镜下黄铜的结构清楚地展现在我们面前，水银则在黄铜边界之间横冲直撞，像我们看到的那样，它使黄铜变得脆了。 这个金属球能很容易的穿过这个环，但经过火烤几秒钟之后，金属开始膨胀，就穿不过这个环孔了。桥梁结构是一个
必须加以考虑的领域，这座钢筋混凝土大桥建在一组滚轴上，以便使因温度变化而引起的桥梁长度增减得到补偿。高压线也会受温度变化的影响，天热时伸长，天冷时就收缩，冬夏的温差可能使电力传输线的这一高度变化多达10到15米。一块金属片被充分磨擦，温度升高了，再将它们放在铜盘上，冷下来，它就双弹到了空中。每一个金属片都由两种具有不同膨胀特性的金属制成，被磨擦后就变热、膨胀，这便产生了张力，冷了下来就会变回它最初的形状。这个电力轴里就有一个双金属条，有电流通过时，金属条变热并开始弯曲，达到一定温度时，金属头便断开了，当他降到一定的温度时，金属头会自动的再次合上。许多汽车的指示器就是基于同样的原理来工作的，这些双金属条能以惊人的速度伸展开又重新卷起来，汽车在自动燃火时，双金属条根据引掣的温度来控制燃气的供应，记忆合金用途极广泛，它易冷易热的变化是很有趣的。