主要的几类记忆合金及性能
8
•
Cu基记忆合金成分范围 在β相区内.
•
当将β相区成分的合金从 高温淬火冷却，β相发生 有序化相变转变为亚稳的 有序β′相. 进一步冷却时β′相发生热 弹性马氏体相变，故β’相 是母相.
•
9
•
Cu基记忆合金的力学性能：
– Cu基记忆合金的力学性能较差．主要因为弹性各向异性常数很大、晶粒 粗大，变形时很容易产生应力集中，导致晶界开裂． – 提高Cu基记忆合金塑性和疲劳寿命的方法：
1
Ti-Ni 相图
2
– 在适当的热处理或成分条件下，Ti-Ni合金还会形成R相． – R相结构：菱面体点阵 – Ti-Ni合金冷却时，根据成分和预处理条件的不同，呈现两种不同的相变 过程： • 母相马氏体 • 母相 R相(称R相变) 马氏体 – 加热时：
• 马氏体 R相母相
– 这些相变都是热弹性马氏体相变. 按上述晶体学机制实现形状记忆效 应．出现R相变时， Ti-Ni合金的记忆效应是由两个相变阶段贡献的．无 R相变时，记忆效应是由母相马氏体的单一相变贡献的． – 根据成分和热处理条件不同， Ti-Ni合金中有弥散的第二相析出：如 Ti3Ni4、Ti2Ni3、TiNi3、Ti2Ni等，其中Ti3Ni4、Ti2Ni3是亚稳相．第二相 的存在对Ti-Ni合金的记忆效应、力学性能有显著的影响．
原来的尺寸，从而将管子 紧紧的箍住，完成管子 的连接. 3) Ti-Ni状记忆合金大量 用于医疗领域: 用作心 血管支架、牙齿矫形丝、
T>Af
血栓过滤器、动脉瘤夹、
接骨板等.
13
3
图4-14 Ti-50.5Ni合金的电阻温度曲线1273 K固溶处理后673 K时效1 h ①电阻为任意单位 ②含Ni为(Ni)50.5%
4
•
合金元素对Ti-Ni合金相变的影响 – 加Cu：Cu置换Ni • 形状记忆效应、力学性能仍很好，合金价格． • Ms ，热滞 – 加Nb：纯Nb相弥散分布在TiNi基体． • 热滞 – 加Fe： • 出现R相变，相变过程明显分为两个阶段．
二．Cu基形状记忆合金
• 主要两种Cu基形状记忆合金：
– Cu-Zn-Al基
– Cu-Al-Ni基
7
•
特点： – 形状记忆效应好，价格便宜，易于加工制造等．
– 但与Ti-Ni记忆合金相比：强度较低，稳定性及耐疲劳性能差，不具 有生物相容性．
• Cu基记忆合金中的基本相 ： – Cu-Zn-Al 合金：
• 母相－′相： B2(CsCl结构)或DO3(Fe3Al结构)，属立方晶系
• 马氏体：9R、18R、2H等不同的结构． – Cu-Al-Ni 合金：母相与马氏体的晶体结构与Cu-Zn-Al 基本类似． • Cu基记忆合金中的稳定性： – 相变点对合金成分十分敏感． – 存在较严重的马氏体稳定化现象：淬火后合金的相变点会随着放置时间 的延长增加直至达到一稳定值． – 热－力循环对合金的记忆效应影响显著．随热－力循环的进行，Ms、As、 Af等上升，相变热滞显著增大．
种机制进行．由于Td <Ms，卸载后， 不发生马氏体逆转变，或只有少量马 氏体逆转变，应变被完全或大部分保
V (Md<<Td)
e)
持下来．
• c) Ms< Td < Af，变形前组织：完全母 相．变形通过应力诱发生成马氏体进行． 卸载时，马氏体部分逆转变母相，变形 部分被消除．
6
• d) Af<Td <Md，变形前组织: 完全母相，变形通过应力诱发生成马氏 体进行．卸载后，马氏体完全逆转变回母相，变形完全消失.
第二节 主要的几类记忆合金及性能
一．Ti-Ni基形状记忆合金
• • Ti-Ni基合金是最早发展的记忆合金． 特点： – 记忆效应优良 – 性能稳定
– 生物相容性好
– 但制造过程较复杂，价格昂贵． • Ti－Ni基记忆合金中的基本相和相变 – Ti－Ni二元合金系中有三个金属间化合物：TiNi、Ti2Ni 、 TiNi3．Ti-Ni 基记忆合金是基于TiNi金属间化合物的合金． – TiNi晶体结构：高温时：B2(CsCl结构)，为母相． – TiNi由高温冷却时发生马氏体相变，马氏体结构：单斜晶体．
5
•
a) Td <Mf ，变形前组织：完全马氏体．
在应力作用下，马氏体变体发生再取 向过程，产生变形．由于Td <Mf，卸 载后马氏体取向、组织不变，应变被 保持下来．
a)
b)
c)
IV (Af <Td<Md)
d)
•
b) Mf<Td<Ms，变形前组织：部分马氏 体＋部分母相．变形通过马氏体变体
的再取向和应力诱发生成马氏体两
10
– 从马氏体的形态方面考察，当达到上述要求时，铁基合金中的马氏体一 般呈薄片状. 通过适当的合金化，在铁基合金可实现热弹性或非热弹性可 逆马氏体相变，进而发展出基于这两种相变的铁基形状记忆合金. • 基于热弹性可逆马氏体相变的铁基形状记忆合金： – Fe-Pt： (约w(Pt)25％)、Fe-Pd： (约w (Pd )30％)，昂贵未能应用． – Fe-Ni-Co-Ti合金：Fe-w(Ni)33％-w(Co)10％-w(Ti)4％，价格偏高，Ms太 低(约200K)，应用受限． • 基于非热弹性可逆马氏体相变的铁基形状记忆合金 – 在Fe-Mn-Si合金中，应力诱发形成的薄片状-马氏体（相变时体积变化 小），在加热时能够逆转变为奥氏体． – 在Ms以上施加应力时， -马氏体在与相变应变相适应的应力方向形成并 使合金产生宏观变形．加热到Af以上-马氏体逆转变回奥氏体，变形随 之消失，实现形状记忆. – Fe-w(Mn)(28-33)％-w(Si)(5-6)％合金: 有较好的记忆效应，Ms点在室温附 近. – Fe- Cr-Ni-Mn-Si-Co合金:有较好的记忆效应，回复变形高达4％， Ms:173-323K，耐蚀性很好.
• a）-d）中的应力-应变曲线是在将变形控制在马氏体再取向或应力诱 发生成马氏体所能贡献出的最大应变以内的条件下得到的。
• e) Td >> Md, 不发生应力诱发马氏体相变，在应力作用下, 母相产生塑 性变形. – 记忆合金的记忆变形是可逆的，但记忆合金会发生疲劳破坏：由于有第 二相或夹杂以及晶粒取向不同等因素，记忆合金变形总有不协同性，在 晶界和相界上产生应力集中，导致裂纹形成和断裂． – 总体上Ti-Ni合金具有良好的抗疲劳性能，是所有记忆合金中抗疲劳性能 最好的材料．
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四．记忆合金的应用
• 应用领域：温度继电器、玩具、机械、电子、自动控制、机器人、医疗热机 等
１）用记忆合金作铆钉
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２）用记忆合金作管接头 • 在Af以上记忆合金管接头 的内径比管子的外径略小. 在Mf以下, 对管接头进行扩 径, 并将管子插入被扩径的 接头中. 随将之加热到Af
T<Mf
以上, 管接头的内径恢复
•
Ti-Ni记忆合金的力学性能 – Ti-Ni记忆合金在一定温度下发生马氏体相变和应力诱发马氏体相变，因 此，合金的变形是在马氏体相还是在母相进行，变形时是否发生应力诱 发马氏体相变等因素对合金的应力－应变关系有很大影响. – 按变形温度(Td)与相变点的关系，Ti-Ni合金的应力－应变曲线分为五种 类型（如图4－1 6）：
• 制备单晶或形成定向织构；
• 细化晶粒：添加合金元素、控制再结晶、快速凝固、粉末冶金等．
三．Fe基形状记忆合金
• Fe基形状记忆合金分为两类：
– 基于热弹性马氏体相变 – 基于非热弹性可逆马氏体相变 • • 特点：强度高、易于加工成形． 具备形状记忆功能的铁基合金需满足： 1)母相具有高的屈服点或低的弹性极限； 2)马氏体相变引起的体积变化和切变应变较小； 3)马氏体的正方度(c／a)大，有利于形成孪晶亚结构； 4)Ms较低，有利于形成孪晶亚结构并提高母相的屈服点.
TiNi形状记忆合金品种产及规格 主要性能
通信天线、眼镜架、文胸托架等
棒
Φ4.0-10.0
医用钛镍合金
TiNi-yy
33oC±3oC
丝
Φ0.1-4.0
Q/XB1520
接骨板、骑缝钉、编织网支架、矫行丝、医用导引丝等
棒
Φ4.0-10.0
板
δ0.1-5.0
窄滞后钛镍合金
TiNiCu
As-Ms≤5oC
丝
Φ0.1-4.0
温控元器件等
加工态
%
5-10
相变温度
oC
-100-100
最大回复应变
%
8
最大回复应力
MPa
600
TiNi形状记忆合金产品品种及规格
记忆型钛镍合金
TiNi-01
20oC-40oC
丝
Φ0.1-4.0
Q/XB1516
应力棒、热驱动弹簧、温控元件等
TiNi-01
45oC-90oC
棒
Φ4.0-10.0
超弹型钛镍合金
TiNi-ss
TiNi形状记忆合金的主要性能
密 度
g/cm3
6.4-6.5
熔 点
oC
1310
弹性模量
马氏体
GPa
28-41
奥氏体
GPa
83
硬 度
马氏体
Hv
180-200
奥氏体
Hv
200-350
抗拉强度
退火态
MPa
850
加工态
MPa
1900
屈服强度
马氏体
MPa
70-140
奥氏体
MPa
195-690
延伸率
退火态
三种形状记忆合金各种特性总汇
70～100
80～100
弹性极限
奥氏体态
马氏体态
MPa
200～800
150～300
150～300
150～300
抗拉强度
马氏体态
MPa
700～1100
1300～2000
700～800
1000～1200
延伸率
马氏体态（取决于晶粒大小）
%
40～50
10～15
8～10
百万次疲劳极限
MPa
350
270
奥氏体态
马氏体态
10-6/K
11
6.6
16～18
16～18
比热
J/kg.K
470～620
390
400～480
转变焓
J/kg
3200～12000
7000～9000
7000～9000
耐蚀性
类似不锈钢
类似铝青铜
类似铝青铜
电磁
性能
电阻率
10-6Ωm
1.0
0.07
0.1
磁透过率
＜1.002
机
械
性
能
杨氏模量ห้องสมุดไป่ตู้
GPa
困难
有限
不可行
机械加工性
困难
很好
好
大约成本比率（与形状和量有关）
100
1.0～10
1.5～20
0.5
可承受一小时最高温度
℃
400
160～200
300
阻尼能力（取决于频率和振幅）
%SDC
15
30
10
最大超弹应变
单晶
多晶
%
未来潜力材料之形状记忆合金
形状记忆合金（shape memory alloys，SMA）是一种由两种以上金属元素构成、能够在温度和应力作用下发生相变的新型功能材料，通过热弹性与马氏体相变及其逆变而具有独特的形状记忆效应、相变伪弹性等特性，广泛应用于航空航天、生物医疗、机械电子、汽车工业、建筑工程等领域。
形状记忆合金按合金种类主要分为镍钛基形状记忆合金（Ni-Ti SMA）、铜基形状记忆合金（Cu SMA）、铁基形状记忆合金（Fe SMA）3类。
其中，镍钛基形状记忆合金包括Ni-Ti-Cu、Ni-Ti-Co、Ni-Ti-Fe、Ni-Ti-Nb等具有较高实用价值的记忆合金；铜基形状记忆合金主要有Cu-Zn、Cu-Zn-Al、Cu-Zn-Sn、Cu-Zn-Si、Cu-Zn-Ga、Cu-Sn等种类；铁基形状记忆合金主要有Fe-Pt、Fe-Mn-Si、Fe-Ni-Co-Ti、Fe-Mn-Al-Ni、Fe-C-Mn-Si-Cr-Ni等种类。
1/形状记忆合金的研究现状形状记忆合金因其独特的形状记忆效应一直是各主要国家的研究热点。
近年来，美国、欧洲、日本等国家和地区针对形状记忆合金制备工艺、成分配比、与先进制造技术结合的研究已取得显著的进展，尤其以4D打印技术为代表的先进制造技术使用形状记忆合金作为原材料，扩展了其在软体机器人、医疗器械、航空航天等领域的应用范围。
（一）中美欧等国开发出多种形状记忆合金制备新工艺，扩大了材料应用范围形状记忆合金/聚合物的制备方法主要有熔炼法、粉末冶金法、喷射沉积工艺、4D打印技术等，再根据应用需求配置后续的锻造、热挤压、轧制、拉拔、冷加工等成型工艺。
其中，熔炼法是传统金属冶金工艺，在真空下将金属原材料通过电子束、电弧、等离子体、高频感应等方式加热后进行熔炼，易产生杂质污染、成分不均匀、能耗高等问题，且需要经过切割加工形成合金产品。
而粉末冶金法则是利用金属或合金粉末进行热等静压和烧结，制备出最终形状的合金产品。
主要的几类记忆合金及性能
进一步冷却时β′相发 生热弹性马氏体相变， 故β’相是母相.
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• Cu基记忆合金的力学性能： • Cu基记忆合金的力学性能较差．主要因为弹性各向异性常数很大、晶粒粗大，变形时很容易产生应 力集中，导致晶界开裂． • 提高Cu基记忆合金塑性和疲劳寿命的方法： • 制备单晶或形成定向织构； • 细化晶粒：添加合金元素、控制再结晶、快速凝固、粉末冶金等．
• Cu基记忆合金中的稳定性：
• 相变点对合金成分十分敏感．
• 存在较严重的马氏体稳定化现象：淬火后合金的相变点会随着放置时间的延长增加直至达到一稳定 值．
• 热－力循环对合金的记忆效应影响显著．随热－力循环的进行，Ms、As、Af等上升，相变热滞显著 增大．
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当将β相区成分的合金 从高温淬火冷却，β相 发生有序化相变转变为 亚稳的有序β′相.
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• 从马氏体的形态方面考察，当达到上述要求时，铁基合金中的马氏体一般呈薄片状. 通过适当的合 金化，在铁基合金可实现热弹性或非热弹性可逆马氏体相变，进而发展出基于这两种相变的铁基形 状记忆合金.
• 基于热弹性可逆马氏体相变的铁基形状记忆合金：
• Fe-Pt： (约w(Pt)25％)、Fe-Pd： (约w (Pd )30％)，昂贵未能应用．
• Fe-Ni-Co-Ti合金：Fe-w(Ni)33％-w(Co)10％-w(Ti)4％，价格偏高，Ms太低(约200K)，应用受 限．
• 基于非热弹性可逆马氏体相变的铁基形状记忆合金
- • 在 F e - M n - S i 合 金 中 ， 应 力 诱 发 形 成 的 薄 片 状 马 氏 体 （ 相 变 时 体 积 变 化 小 ） ， 在 加 热 时 能 够 逆 转
记忆合金特点
记忆合金特点1. 引言在科学技术的不断进步与发展中，人们不断探索新材料，以满足不同领域的需求。
记忆合金作为一种新型材料，具有许多独特的特点和潜在的应用价值。
本文将就记忆合金的特点进行探讨。
2. 什么是记忆合金记忆合金是一种可以根据温度或应力变化而产生形状记忆效应的合金材料。
它可以在经历过形状变化后恢复到原始的形状，这种特点极具应用潜力。
记忆合金最早由日本的恩赐财团园田学院研究所的Omori Yuwa博士于1932年首次提出。
3. 记忆合金的分类记忆合金可以分为两大类：铜基记忆合金和镍钛记忆合金，其中镍钛记忆合金是目前应用最广泛的一种。
3.1 铜基记忆合金铜基记忆合金是以铜为基础金属的记忆合金。
它具有良好的可塑性和可焊性，可以通过加热和冷却来实现记忆效应。
然而，铜基记忆合金的形状记忆效应相对较弱，且其记忆温度范围较窄，限制了其实际应用。
3.2 镍钛记忆合金镍钛记忆合金是由镍和钛两种元素组成的记忆合金。
它具有较好的形状记忆效应和较宽的记忆温度范围，可以在室温到几百摄氏度之间发生形状记忆效应。
同时，镍钛记忆合金还具有较高的弹性模量和较大的形变能力，这使得它在许多领域具有广泛的应用前景。
4. 记忆合金的特点记忆合金具有许多独特的特点，使其在多个领域得到了广泛应用。
4.1 形状记忆效应记忆合金最显著的特点之一就是形状记忆效应。
当记忆合金在一定温度或应力的作用下发生形状变化后，经过适当的处理，它可以恢复到其原始的形状。
这种形状记忆效应使得记忆合金在医疗、航天航空、汽车、电子等领域有着广泛的应用前景。
4.2 超弹性记忆合金还具有超弹性的特点。
超弹性是指记忆合金在受力后可以产生较大的弹性变形，当去除外力后又能恢复到原始形状。
这种特点使得记忆合金在医疗器械、弹簧等领域有着重要的应用。
4.3 高阻尼特性记忆合金还具有高阻尼特性。
高阻尼是指记忆合金在形状记忆过程中产生的能量损耗。
记忆合金的高阻尼特性使其在减震、降噪、能量吸收等方面有着广泛的应用。
形状记忆合金材料
3.铁系形状记忆合金
•
与Ni-Ti基及Cu基合金相比，铁基合金价格低、
加工性好、机械强度高、使用方便。目前已发现
的铁基形状记忆合金的成分、结构和性能，其中
应用前景最好的合金是FeMnSiCrNi和FeMnCoTi
系。
铁基形状记忆合金的成分和性能
四、形状记忆合金的应用
却到Ms点以下，马氏体晶核随温度下降逐渐长大，弯度回升
是马氏体片又反过来同步地随温度上升而缩小，这种马氏体 叫热弹性马氏体。
•
•
在Ms以上某一温度对合金施加外力也可引起马氏体转变，
形成的马氏体叫应力诱发马氏体。 有些应力诱发马氏体也属弹性马氏体，应力增加时马氏 体长大，反之马氏体缩小，应力消除后马氏体消失，这种马 氏体叫应力弹性马氏体。
•
如在NiTi合金中,加入W,会产生明显的固溶 强化,提高NiTiW合金的强度和力学性能。但是W
的加入不会改变整个NiTi合金的相变温度。
2.Cu系形状记忆合金
•
Cu基记忆合金分为Cu-Al系和Cu-Zn系,比NiTi
合金生产成本低(10%),而且加工性能好,应用日益
广泛,但是相变温度稳定性差,韧性不好;但是价格
四、形状记忆合金的应用
五、形状记忆合金的发展
六、形状记忆合金的制备
一、形状记忆效应
原来弯曲的合金丝被拉直后，当温度升高到 一定值时，它又恢复到原来弯曲的形状。人们把 这种现象称为形状记忆效应（SMF），具有形状
记忆效应的金属称为形状记忆合金（SMA）。
形状记忆效应有三种形式:单程形状记忆效应，
双程形状记忆效应，全程形状记忆效应。
4.马氏体相变
•
浅谈形状记忆合金力学性能及其工程应用
浅谈形状记忆合金力学性能及其工程应用形状记忆合金(Shape Memory Alloy)，简称SMA，自1963年在美国海军实验室被发现以来，如今已经在机械，航空航天，生物医学等诸多领域都得到了广泛地研究和应用。
SMA一般分为镍钛系，铜系和铁系三大类。
顾名思义，形状记忆合金是具有记忆效应的特殊合金材料，实际上除了形状记忆效应SMA还具有伪弹性，形状记忆合金含有以上两个力学性质。
一般金属受到外力产生弹性变形，随着继续加载，金属在到达屈服点之后将产生不可恢复的塑性变形，应力去除之后材料不能恢复到原来的初始状态。
但是如果将产生塑性变形的金属加热到一定温度之上，材料就能恢复到产生变形之前的状态(恢复变形可达8%的应变量)这就是形状记忆效应。
所谓伪弹性，即当温度高于奥氏体的转换温度(此温度不存在马氏体)，加载的应力超过弹性极限的时候，材料产生非弹性变形且稳定存在于该应力水平的持续作用下，一旦应力消除即使不采用加热的方式材料也能恢复到变形状态前的性质。
综上，在SMA中马氏体相变不仅由温度引起，应力也可以诱发马氏体相变。
二者在本质上是一致的，伪弹性是在加载过程中产生应力诱导的马氏体相变，当外力消失后发生马氏体逆相变回到原来的状态，而形状记忆效应那么是通过加热产生马氏体逆相变回到原来的状态。
下面从材料结构和微观组织方面更进一步介绍。
形状记忆合金是具有马氏体相和奥氏体相且二者能相互转化的两相材料。
马氏体是铁碳合金从高温奥氏体(具有面心立方结构)经过急冷淬火后会变得比拟硬，经过抛光浸蚀后在显微镜下观察到的致密组织，其结构是基于奥氏体立方结构某一个面上原子联动所引起的切变型晶格的斜方结构。
马氏体开始相变的温度记为Ms，终了温度以Mf表示。
在加热过程中，奥氏体相变开始的温度用As表示，终了温度为Af。
一般的As>Ms，Af>Mf。
根据马氏体相变温度与奥氏体相变温度之差(As-Ms)以及马氏体的生长方式可分为：热弹性马氏体相变和非热弹性马氏体相变。
新材料：记忆合金
三、记忆合金的应用
1、工业应用
利用单程形状记忆效应的单向形状恢复。如管接头、天线、 套环等。
外因性双向记忆恢复。即利用单程形状记忆效应并借助外力 随温度升降做反复动作，如热敏元件、机器人、接线柱等。 内因性双向记忆恢复。即利用双程记忆效应随温度升降做反 复动作，如热机、热敏元件等。但这类应用记忆衰减快、可 靠性差，不常用。 超弹性的应用。如弹簧、接线柱、眼镜架等。
广东顺德创业培训学院、顺德生产力促进中心
记忆合金管的接头
广东顺德创业培训学院、顺德生产力促进中心
应用
1）记忆合金铆钉 2）紧固件 3）卫星自展天线 （镍— 钛） 4）形状记忆合金发动机 ……
广东顺德创业培训学院、顺德生产力促进中心
紧固件
待连接管
待连接管从两端插入
室 温
室温下
形状记忆合金套管， 内径比待连接管外径 小约4%
★ ★ ★ ★
有确定的转变温度 如：镍- 钛 40℃ 超弹性 外力作用下 形变 抗疲劳 回忆变形500万次不疲劳变形 耐腐蚀
广东顺德创业培训学院、顺德生产力促进中心
三、记忆合金的应用
记忆合金的应用主要分三方面：
1、工业应用
2、医学应用
3、高技术领域的应用
广东顺德创业培训学院、顺德生产力促进中心
广东顺德创业培训学院、顺德生产力促进中心
二、记忆合金的分类
记忆合金按性能可分为三种：
1、单程记忆效应
2、双程记忆效应
3、全程记忆效应
记忆合金按材料有十几种，主要应用的有三种：钛－镍合金 ，金－镉合金，铜－锌合金。
记忆合金
南京航空航天大学硕士学位论文原位自生碳化物颗粒增强Fe-Mn-Si基形状记忆合金及性能研究姓名：王河廷申请学位级别：硕士专业：材料加工工程指导教师：沈以赴20080301南京航空航天大学硕士学位论文摘要形状记忆合金是最具实用价值金属功能材料之一，Fe-Mn-Si基合金具有价格低廉、工艺简单等一系列优点。
但该系合金的形状回复率不高，耐蚀性能较差限制了其应用范围的进一步扩大。
本文通过优化合金成分设计，对原位自生碳化物颗粒增强Fe-Mn-Si基合金形状记忆效应及其相关性能进行了研究。
通过添加适量Nb，V，Ti，RE(Ce)等合金元素，设计了八种典型成分的Fe-Mn-Si基形状记忆合金，并用原位自生法制备出了碳化物颗粒弥散分布增强的Fe-Mn-Si基合金。
采用金相显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪等研究了合金的显微组织及物相成分。
固溶态合金基体主要为奥氏体及少量热诱发ε马氏体，生成适量的热诱发马氏体对合金形状记忆效应有利。
随着预变形量增大，合金组织中应力诱发ε马氏体开始增多，由原来的单一方向ε马氏体变成交叉方向马氏体。
采用拉伸变形法，研究了不同工艺参数、不同成分合金的形状记忆效应。
结果表明，固溶态合金在变形前于一定的温度（750℃）进行时效处理（250min）能有效提高合金的形状记忆效应。
随时效处理温度的升高，合金形状回复率缓慢提高，在750℃下达到最大，之后开始下降。
合金的形状回复率随着预变形量的增大而减小，在预变形为2％时达到最大值，其中成分为Fe-14.0Mn-6.0Si-9.0Cr-5.0Ni-0.83Nb-0.045Ce合金的回复率达到96.9％。
热机械训练能有效提高合金形状回复率，特别是第一次训练提高最为显著。
Fe-Mn-Si基合金中加入适量的Cr，Ni，Nb等元素可以显著提高合金耐腐蚀性能，在碱性NaOH溶液中其耐蚀性是304，316不锈钢的3倍。
关键词：Fe-Mn-Si基合金，形状记忆效应，原位自生颗粒，预变形，时效温度，热机械训练，马氏体相变i原位自生碳化物颗粒增强Fe-Mn-Si基形状记忆合金及性能研究iiABSTRACTShape memory alloys are one kind of functional materials possessing a greatpractical use. The Fe-Mn-Si based alloys have a series of advantages such as low cost and processing easiness. However, the low shape memory recovery ratio and the limited anti-corrosion ability restrict their usage. In the present paper, the in-situ carbide particulate reinforced Fe-Mn-Si based shape memory alloys (SMA) were prepared by optimizing the compositions. The mechanical properties of the prepared alloys were also studied.Eight kinds of Fe-Mn-Si based SMA were designed by adding a suitable amountof Nb, V, Ti, and RE (Ce) elements. The Fe-Mn-Si based SMA reinforced with a uniformly dispersed in-situ carbide particulates were prepared.Optical microscope (OM), scanning electron microscope (SEM) and X-ray diffraction (XRD) were used to study the microstructures and phases of Fe-Mn-Si based alloys. The solid solution stated alloy matrix mainly consisted of the austenite and a small amount of heat reduced εmartensite. The presence of a suitable amountof heat reduced ε martensite favored the enhancement of the shape recovery ratio. With increasing the pre-deformation degree, the amount of the stress induced martensite increased, and its orientation changed from a single direction to a crossed from.Tensile tests were used to study the shape memory effect of the alloys by changing the processing parameters and the chemical compositions. It showed that the shape memory ratio of the solid solution stated alloys increased significantly after an ageing treatment (250 min) at a proper temperature (750℃) before deformation. The shape memory ratio of the alloys enhanced with increasing the ageing temperature. A maximum value was obtained at 750℃, above which the shape memory ratio showed a decrease. The shape recovery ratio of the prepared alloys decreased with increasing the pre-deformation degree. A best shape memory ratio was obtainable at 2% pre-deformation. The recovery ratio of Fe-14.0Mn-6.0Si-9.0Cr-5.0Ni-0.83Nb- 0.045Ce alloy reached a high value of 96.9%. The shape recovery ratio of the alloys could be effectively improved through suitable南京航空航天大学硕士学位论文thermo-mechanical training, especially the first cycle training.The anti-corrosion ability of the Fe-Mn-Si based alloys was improved by adding a suitable amount of Nb, V, Ti, and RE (Ce) elements. The experimental results showed that the anti-corrosion ability of alloys in NaOH solution was three times higher than that of 304 and 316 stainless steels.Key words: Fe-Mn-Si based alloy, Shape memory effect, In-situ autogeny particles, Pre-deformation, Aging temperature, Thermo-mechanical training, Martensite transformationiii原位自生碳化物颗粒增强Fe-Mn-Si基形状记忆合金及性能研究vi 图表清单图清单图1.1 普通金属与形状记忆合金的应力应变示意图 (1)图1.2 形状记忆合金晶体转变的示意图 (6)图1.3 半热弹性相变合金中形状记忆效应示意图 (8)图1.4 应力诱发马氏体相变示意图 (9)图1.5Fe-30Mn-6Si合金晶粒尺寸对形状记忆效应的影响 (12)图2.1 形状记忆效应关系图 (18)图2.2Si对Fe-30Mn-Si合金ε马氏体相变体积变化率的影响 (19)图2.3试样材料加工工序示意图 (21)图2.4 板材拉伸试样图 (21)图2.5试样拉伸示意图 (22)图2.6电解抛光示意图 (23)图3.1 时效温度对形状回复率的影响 (25)图3.2 不同合金试样的最佳时效温度变化 (26)图3.34#合金试样不同时效处理温度下750℃回复退火后的金相组织 (27)图3.44#合金试样750℃时效处理下高倍显微组织 (28)图3.5 图3.4中A点颗粒成分 (28)图3.6 不同成分合金在750℃时效处理时的金相组织 (30)图3.7 实验工序图 (31)图3.8 试样经750℃回复退火时预变形量对形状回复率的影响 (32)图3.9 预变形量对合金的影响 (33)图3.10 训练次数和回复率之间的关系 (36)图3.11 热机械训练后合金金相组织 (37)图3.124#合金试样X射线衍射图样 (39)图4.1 时效温度对合金硬度的影响 (42)图4.2时效温度对试样屈服强度的影响 (44)图4.3回弹高度测量示意图 (45)图4.4 不同载荷下时效温度对回弹性的影响 (49)承诺书本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，独立进行研究工作所取得的成果。
形状记忆合金及其应用
形状记忆合金及其应用、何为形状记忆合金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( Shape Memory Alloy ，SMA )。
这种能够记住其原始形状的功能称为形状记忆效应( Shape Memory Effect ，SME )。
二、形状记忆合金的分类SMA 的形状记忆效应源于热弹性马氏体相变，这种马氏体一旦形成，就会随着温度下降而继续生长，如果温度上升它又会减少，以完全相反的过程消失。
两项自由能之差作为相变驱动力。
两项自由能相等的温度T0 称为平衡温度。
只有当温度低于平衡温度T0 时才会产生马氏体相变，反之，只有当温度高于平衡温度T0 时才会发生逆相变。
在SMA 中，马氏体相变不仅由温度引起，也可以由应力引起，这种由应力引起的马氏体相变叫做应力诱发马氏体相变，且相变温度同应力呈线性关系。
按照记忆效应不同，可分为三类：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。
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。
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、形状记忆合金的物理模型虽然早在上个世纪30 年代，人们就发现了一些合金的形状记忆效应，但是直到70 年代Muller 等人提出SMA 材料的本构关系模型以来，有关形状记忆合金的机理和本构模型的研究才取得了一定的进展[1]。
SMA 的模型可大致分为两类：微观热力学模型、宏观现象学模型。
微观热力学模型有助于了解材料宏观特性的微观机理，揭示SMA 的物理本质。
微观热力学模型主要有从相界运动的动力学角度给出的本构模型和以能量耗散理论为依据的细观力学模型[2,3]。