形状记忆合金简介
铁磁形状记忆合金
铁磁形状记忆合金一、介绍铁磁形状记忆合金是一种具有磁记忆能力的材料，它可以在外加磁场的作用下实现形状的记忆和变形的控制。
这种材料的独特性质使得它在许多领域都有着广泛的应用。
本文将对铁磁形状记忆合金的特点、原理及应用进行探讨。
二、特点铁磁形状记忆合金具有以下几个显著的特点：2.1 高形状记忆效应铁磁形状记忆合金能够实现很高程度的形状记忆效应。
当外加磁场作用于材料时，合金中的微观结构将发生变化，从而使得材料发生形状的改变。
而当外加磁场移除后，材料又能够恢复到原来的形状。
这种高效的形状记忆效应使得铁磁形状记忆合金在机械领域、智能材料领域等有着广泛的应用。
2.2 宽温度范围内的形状记忆效应与其他形状记忆合金相比，铁磁形状记忆合金的形状记忆效应在较宽的温度范围内都能够发挥出较好的效果。
这使得它在一些高温环境下的应用领域具有优势。
2.3 高变形能力铁磁形状记忆合金具有较高的变形能力，能够在外加磁场的作用下产生较大的变形。
这种高变形能力使得它在一些需要进行精确控制的机械系统中具备重要的应用前景。
三、原理铁磁形状记忆合金的形状记忆效应是基于磁形状记忆效应和应变诱导逆磁形状记忆效应的共同作用。
当外加磁场作用于合金时，合金中的磁畴结构会发生变化，从而导致材料发生形状的改变。
当外加磁场移除后，合金中的磁畴结构又会重新排列，使得材料能够回到原来的形状。
四、应用铁磁形状记忆合金在许多领域都有着广泛的应用，下面列举几个主要的应用领域。
4.1 智能材料铁磁形状记忆合金是一种智能材料，它能够根据外界条件自动感知、记忆和响应。
因此，在智能材料领域，铁磁形状记忆合金具有广泛的应用前景。
例如，它可以应用于智能传感器、自适应材料等领域，实现智能化的功能。
4.2 机械领域在机械领域，铁磁形状记忆合金可以用于制造各种精密仪器和设备。
由于其高形状记忆效应和变形能力，它可以用于制造自动控制装置、精密机械运动部件等。
此外，铁磁形状记忆合金还可以应用于精密测量、精密加工等领域，提高生产效率和产品质量。
形状记忆合金的机理及其应用
形状记忆合金的机理及其应用形状记忆合金是一种智能材料，具有在受到外界刺激后恢复原本形状的特性。
它的机理及应用在材料科学领域引起了广泛的关注和研究。
本文将详细介绍形状记忆合金的机理以及其在各个领域的应用。
形状记忆合金的机理是由于其在相变时具有记忆性能。
通常形状记忆合金是一种金属合金，最常见的是钛镍合金。
当形状记忆合金处于高温相时，它可以被塑性变形，而当温度下降时它会回复原来的形状。
这种特性是由于形状记忆合金中存在马氏体相和奥氏体相两种组织结构。
由于形状记忆合金具有记忆形状的特性，它在各个领域都有着广泛的应用。
在医疗领域，形状记忆合金常用于医疗器械的制造。
例如在心脏手术中，可以使用形状记忆合金制成的支架，当支架导入到体内后可以根据体温发生形状变化，从而将支架固定在需要的位置。
形状记忆合金还可以应用于航空航天领域。
例如在航天器的发动机中，形状记忆合金可以用于制造喷嘴部件。
当喷嘴受到高温气流的冲击时，可以通过形状记忆合金的相变来保持喷嘴结构的稳定性，确保发动机的正常工作。
在建筑领域，形状记忆合金也有着广泛的应用前景。
例如可以用于地震防护结构中，当建筑物受到地震力作用时，形状记忆合金可以通过相变来调整结构的形状，减小地震对建筑物的影响。
形状记忆合金还可以用于高端制造领域。
例如在精密仪器的制造中，可以使用形状记忆合金制成的零部件，通过温度的变化来调整零部件的形状，从而实现精密的控制。
形状记忆合金是一种具有智能材料特性的材料，其机理是由于相变具有记忆形状的能力。
形状记忆合金具有着广泛的应用前景，在医疗、航空航天、建筑和高端制造等领域都有着重要的应用价值。
相信随着技术的不断进步，形状记忆合金的应用领域将会更加广泛，为人类社会的发展带来更多的便利和进步。
cu-基形状记忆合金
cu-基形状记忆合金Cu-基形状记忆合金（Cu-based shape memory alloys，简称Cu-SMA）是一类以铜为主要成分的形状记忆合金。
它们具有良好的形状记忆效应和超弹性特性，广泛应用于航空航天、汽车、电子、医疗器械等领域。
Cu-基形状记忆合金通常由铜、镍、锌、钛等元素组成，其中铜和镍是主要元素。
Cu-基形状记忆合金的主要性能特点如下：1. 形状记忆效应：在一定的温度范围内，合金发生相变，从而实现自变形和恢复原状的能力。
2. 超弹性：Cu-基形状记忆合金在变形过程中，具有很高的弹性极限和应变恢复能力。
3. 良好的疲劳性能：Cu-SMA在反复变形过程中，具有较低的疲劳极限和良好的耐疲劳性能。
4. 耐腐蚀性：Cu-基形状记忆合金具有较好的耐腐蚀性能，适用于腐蚀环境下的应用。
5. 易于加工：Cu-SMA具有较高的塑性，可以采用传统的金属加工方法进行加工和成型。
根据组成和性能特点，Cu-基形状记忆合金可分为以下几类：1. Cu-Ni系：这是最常用的Cu-基形状记忆合金，具有较好的形状记忆效应和超弹性。
Cu-Ni合金中，镍含量一般在30%-50%之间。
2. Cu-Zn系：Cu-Zn合金具有较高的抗拉强度和耐腐蚀性能，但形状记忆效应相对较差。
锌含量一般在10%-40%之间。
3. Cu-Ti系：Cu-Ti合金具有较高的弹性极限和抗拉强度，但在高温下易发生相变。
钛含量一般在5%-15%之间。
4. Cu-Ni-Ti系：这是近年来发展较快的一类Cu-基形状记忆合金，具有优良的形状记忆效应、超弹性和耐腐蚀性能。
镍和钛的含量分别在30%-50%和5%-15%之间。
Cu-基形状记忆合金在我国的研发和应用取得了显著成果，已成功应用于航空航天、汽车、电子、医疗器械等领域。
未来，随着科学技术的进步和市场需求的增长，Cu-SMA在我国的发展前景十分广阔。
形状记忆合金原理
形状记忆合金原理
形状记忆合金（Shape Memory Alloy，简称SMA）是一种具有形状记
忆能力的特殊合金，其在受到应力或变形后可以自动回复到原来任意形状
和尺寸，是一种智能材料。
一般由钢等热处理后形成的高强度合金，如果
该合金中包括一定量的特殊金属元素铬、锰、钛、铅、铝等，就会具有形
状记忆能力。
具体原理是在合金中特殊元素受热后，在温度上出现两个转
变点，这两个转变点两侧的金属组织具有不同的结构和性能，其中一种结
构可以被一定程度地力学变形，而另一种结构则拥有更高的强度和刚性，
其可以抵抗变形，形状记忆合金在室温处于抗变形组织状态，在100℃之
下则又处于可变形状态，这时原有形状受到改变变形，当金属回到室温时，它又可以恢复原来的形状。
高铁用大型复杂铝合金铸件的形状记忆合金应用技术
高铁用大型复杂铝合金铸件的形状记忆合金应用技术随着科技的不断进步和发展，高铁技术得到了快速的发展与应用。
作为现代交通运输的重要组成部分，高铁在提高交通效率和舒适性方面发挥着重要的作用。
在高铁运行中，各个部件的性能和质量都对整个系统的安全与性能起着关键的作用。
大型复杂铝合金铸件作为高铁中的重要组件之一，其材料选择和工艺应用对高铁性能与安全至关重要。
本文将重点介绍高铁用大型复杂铝合金铸件中形状记忆合金的应用技术。
形状记忆合金（Shape Memory Alloy，简称SMA）是一种具有特殊记忆效应的材料。
当SMA处于低温或应力作用下时，可以经历形状改变，但一旦温度或应力超过其转变温度或临界值，SMA就能恢复初始状态。
这种特殊的材料性能使得SMA在工业领域具有广泛的应用潜力。
在高铁用大型复杂铝合金铸件中，形状记忆合金的应用能够提供很多优势。
首先，SMA具有良好的形状记忆效应和弹性恢复性能，可以使铝合金铸件在受到外力后迅速恢复原状，从而降低了应力集中和疲劳损伤的发生。
其次，SMA具有较高的强度和硬度，能够提高大型复杂铝合金铸件的抗压能力和耐磨性，从而提高整个高铁系统的安全性能。
此外，SMA还具有优良的耐腐蚀性能，可以有效抵御高铁运行中的恶劣环境条件，提高铝合金铸件的使用寿命。
在实际应用中，高铁用大型复杂铝合金铸件的形状记忆合金通常采用两种形式：一种是整体性应用，另一种是局部性应用。
整体性应用是指在整个铸件中加入形状记忆合金。
这种应用形式适用于一些简单结构的铸件，如连接件、支撑件等。
在铸件制造过程中，可以将形状记忆合金预先固定在铸型中，在铸件冷却固化后，形状记忆合金必然与铝合金铸件完全结合。
通过控制形状记忆合金的转变温度和热处理工艺，可以实现铝合金铸件在外力作用下的形变和恢复。
整体性应用形式具有制造工艺简单、成本较低的优点，但受限于形状记忆合金的体积和材料属性，其应用范围相对窄小。
局部性应用是指将形状记忆合金嵌入到铝合金铸件的指定位置。
形状记忆合金
浅谈形状记忆合金传统观念认为，只有人和某些动物才有“记忆”的能力，非生物是不可能有这种能力的。
难道合金也会像人一样具有记忆能力吗？答案是肯定的，形状记忆合金就是这样一类具有神奇“记忆”本领的新型功能材料。
形状记忆效应是指具有一定形状的固体材料,在某种条件下经过一定的塑性变形后,加热到一定温度时,材料又完全恢复到变形前原来形状的现象，即它能记忆母相的形状。
具有形状记忆效应的金属一般是两种以上金属元素的合金，这样的合金成为形状记忆合金。
其主要技术指标如下：机械性能：拉伸强度：700－900Mpa（热处理）延伸率：15－30%形状记忆功能：单程（N=1）6－10%，双程（N=10-107）0.5-5%物理性能：密度：约6.5g/cm3.热膨胀系数：10-106/℃.熔点：约1300℃，导弹率：0.209W/cm℃（室温）. 比热：6-8Cal/mol℃电阻率：(50－110) ×10-6chm.cm。
那么形状记忆合金是如何被发现，原理是什么，有哪些具体的应用，又经历了怎样的发展呢？在接下来的文字中你将找到答案。
1963年，美国海军军械研究室在一项试验中需要一些镍钛合金丝，他们领回来的合金丝都是弯弯曲曲的。
为了使用方便，于是就将这些弯弯曲曲的细丝一根根地拉直后使用。
在后续试验中一种奇怪的现象出现了：当温度升到一定值的时候，这些已经被拉得笔直的合金丝，突然又魔术般地迅速恢复到原来弯弯曲曲的形状，而且和原来的形状丝毫不差。
再反复多次试验，每次结果都完全一致，被拉直的合金丝只要达到一定温度，便立即恢复到原来那种弯弯曲曲的模样。
就好像在从前被“冻”得失去知觉时被人们改变了形状，而当温度升高到一定值的时候，它们突然“苏醒”过来了，又“记忆”起了自己原来的模样，于是便不顾一切地恢复了自己的“本来面目”。
形状记忆合金可以分为三类：单程记忆合金、双程记忆合金、全程记忆合金。
如图1所示，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。
形状记忆合金
医学上的应用
形状记忆合金作为驱动元件，具有可动的肩"肘"腕及手指的微型机械手!手指和手腕靠 6F’F合金螺旋弹 簧的伸缩实现开闭和弯曲动作，肘和肩靠直线状的 6F’F 合金丝的伸缩做弯曲动作各个形状记忆合金驱 动元件都由直接接通的脉宽可调电流加以控制。
生活中的应用
形状记忆合金可用于自动干燥库门开闭器，卫生间洗涤器水管转换开关，空调进出口风向调节器，浴 池保温器，玩具，路标方向指示转换器。家庭换气门开闭器，防火挡板，净水器热水防止阀，恒温箱 混合水栓温度调节阀，眼镜固定件眼镜框架，钓鱼线，便携电话天线以及装饰品等。
热处理原理与工艺课程报告
——形状记忆合金的介绍
11.17
前言
形状记忆效应最早是1932年由Olander在研究Au-Cd合金时发现的, 但一直没有引起足够的重视.直到1963年,美国海军武器实验室布勒 (Buehler)等,奉命研制新式装备,需要Ti-Ni合金丝,因为领回来的Ti-Ni合金 丝是弯曲的,使用不方便,于是他们就将细丝拉直.试验中,当温度升到一 定值的时候,已经被拉直的Ti-Ni合金丝,突然又全部恢复到原来弯曲的 形状,而且和原来一模一样,反复作了多次试验,结果证实这些细丝确实 有“形状记忆力”.他们研制出具有实用价值的Ti-Ni形状记忆合金.形 状记忆合金所具有的“形状记忆”和“超弹性”两大特殊功能,引起国 际材料科学界的极大兴趣.从此,世界各国对这种新材料的研发方兴未 艾.
一些基本概念
马氏体转变的可逆性 热弹性马氏体相变：马氏体相变所产生的形状变化靠新相与母相界面弹性变形 来协调，温度下降，马氏体长大，界面弹性能升高；温度上升，界面弹性能释 放，马氏体收缩，界面始终保持共格。 伪弹性：具有热弹性马氏体相变的合金，在Ms-Md温度施加应力，诱发马氏体 相变，产生宏观应变；当应力减小时，发生逆转变合金，在马 氏体转变终了温度以上诱发产生的马氏体只在应力作用下才能稳定地存在，应 力一旦解除，立即产生逆相变，回到母相状态，在应力作用下产生的宏观变形 也随逆相变而完全消失。其中应力与应变的关系表现出明显的非线性，这种非 线性弹性和相变密切相关，叫做相变伪弹性，即超弹性）。
形状记忆合金(SMA)讲解
马氏体相变的特征温度 （形状记忆效应的特征 温度） Ms:马氏体相变开始点 Mf:马氏体相变结束点 As :逆马氏体相变开始点 Af :逆马氏体相变结束点
定义(As-Ms)为马氏体相 变的热滞后 马氏体与母相的平衡温度
∆G（T）PM是母相转变为马氏体的驱动力； ∆Gc PM是母相转变为马氏体的化学驱动力 （∆Gc PM=G M -G P）；∆Gnc PM是非化学 驱动力，主要是相变时新旧相体积变化而 产生的应变能；∆Gs是指弹性应变能以外的 相变阻力，近似看作定值。
热弹性马氏体相变
• 热弹性马氏体相变的晶体学特征
– 具有晶体学可逆性：表现为马氏体晶体结构在 逆相变中回复到了原来母相的晶体结构，以及 在晶体位向上也得到了完全的回复 – β相合金的晶体结构持征及其分类
• • β合金：母相是体心立方结构类型的形状记忆合金 β合金分3类
– 马氏体相的周期堆垛结构 – 热弹性马氏体相变中的晶体结构对应关系
• •
马氏体相变是切变性相变
• 切变性相变：从母相到马氏体相的转变过程是以切 变方式进行的，是靠母相和新相界面上的原子以协 同的、集体的、定向的和有次序的方式移动，实现 从母相到马氏体相的转变 • 实验证明
– 浮凸：预先磨制抛光好的试样，当激冷发生马氏体相变 后，在试样表面能观察到宏观的倾斜的隆起 – 折线：在发生马氏体相变前，在试样上刻上一条直线， 发生马氏体相变后，刻痕直线受折，有的时候会被折成 几段，但直线仍然保持连续
马氏体相变晶体缺陷与相变可逆性
• 马氏体内一定有晶体缺陷存在，这些缺陷 包括孪晶、高密度位错、层错等
– 高碳钢晶体缺陷：孪晶 – 底碳钢晶体缺陷：高密度位错 – 有色合金晶体缺陷：层错或孪晶
• 马氏体相变具有可逆性：在冷却过程中形 成的马氏体，经过加热后可以通过马氏体 逆转变回到母相状态。
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•形状记忆效应：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)，在某一温度下(处于马氏体状态M f 进行一定限度的塑性变形后，通过加热到某一温度(通常是该材料马氏体完全消失温度A f )上时，材料恢复到变形前的初板条马氏体钢的淬火5•Monoclinic Crystal StructureTwinned Martensite 自协作马氏体Detwinned Martensite非自协作马氏体8发生塑性变形后，经加热到某一温度后能够恢复变形，马氏体在外力下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奥氏形状记忆效应过程的示意图马氏体相变热力学相变产生，M相的化学自由能必须，不过冷到适当低于T0(A相和M相化学自由的温度，相变不能进行，必须过热到适当高于T0的温度，相变才马氏体相和母相化学自11马氏体相变热力学低于Ms温度下，马氏体形成以后，界面上的弹性变形随着马氏体的长大而增加；当表面能、弹性变形能及共格界面能等能量消耗的增加与变化学自由能的减少相等时，马氏体和母相间达到热弹性平衡状态，马氏体停止长大。
CuAlNi合金加热过程中热弹性马氏体相变(马氏体缩小)温度继续下降，马氏体相变驱动力增加，马氏体又继续长大，也可能出现新的马氏体生长。
温度升高，相变驱动力减小，马氏体出现收缩。
CuAlNi合金加热过程中热弹性马氏体相变(马氏体缩小)16伪弹性应力应变示意图17f(a) Shape Memory Effect (b) Superelasticity[100][111]冷却形状记忆效应的三种形式(a)单程(b)双程(c)全程22（a）马氏体状态下未变形（b）马氏体状态下已变形）放入热水中，高温下恢复奥氏体状态，形状完全恢复单程TiNi记忆合金弹簧的动作变化情况24没放入热水前放入热水后冷却至室温后再次放入热水后双程CuZnAl记忆合金花的动作变化情况TiNi合金的全程记忆效应（100℃-室温）TiNi合金的全程记忆效应（低温-100℃）铁磁性形状记忆合金简介温控形状记忆铁磁性铁磁性形状记兼有磁致伸缩材料和传统温控形状记忆材料的优点响应频率快磁致应变大The magnetic easy axis changes from one twin to the other•Weak magnetic anisotropy.Effect of a magnetic fieldWeak anisotropy Strong anisotropyIn systems with strong anisotropy and highly mobile boundaries, field inducedet al. J.Appl.Phys. 92,3867 (2002);Moya et al. Phys. Rev. B 73, 64303 (2006); 74, 24109 (2006).)33(1) Via martensite variant reorientation-Ni2MnGa(2) Via magnetic field induced martensitictransformation-NiMnIn(Sn,Sb)37Ni 2MnGa -crystal structureNi 2MnGa is the most successful magnetic shape memory alloy. It transforms from the Heusler cubic structure to tetragonal on cooling. A 6% magnetic field induced tensile strain hasbeen recorded in a single crystal, by the mechanism of martensite variant reorientation.The absence of a thermal effect makes it suitable for high frequency operations. The mechanical work output, however, is muchlower than those of thermal SMAs .ΔV= -1.30%:The volume change is large. The material is an intermetallic compound and is intrinsically brittle Îtransformation induced cracking . The problem is much less severe with single crystals.Tetragonal MartensiteCubic Austenite-4.45%1.63%aac aaa[100]c expansion by 1.63%[001]c contraction by –4.45%The tetragonal structure is mechanically anisotropic. Themaximum linear strain is when axis [001] is converted to [100]: ~6%Mn Ni38c c(110)c plane of AccNi 2MnGa –structural anisotropy of M(110)c T w i n p l a n e[100]c projection plane of A [100]c projection plane of MMarioni , JMMM, 290-291 (2005) 35Now we have got a working mechanism for shape change39Ni 2MnGa –magnetic anisotropy(110)c[001]c(the c -axis of M)[001]c(the c -axis of M)Structure anisotropy Magnetic anisotropyThe tetragonal structure is a uniaxial structure magnetically. Its c -axis is theeasy direction of magnetization40Li et al, APL, 84, 3594 (2004).Ni 2MnGa –magnetic anisotropyWu et al: APL. 75, 2990 (1999).MartensiteAustenite[001]-3-23015.8x10J/g=4.5x10J/cm 2E H M μΔ=Δ=For a phase transformation at room temperature, the T ΔS energy is typically~80 J/cm 3The driving force is too small to induce austenite -martensite transformationCo 2NiGaNi 2MnGa41Possibility of magnetic fieldinduced deformation viamartensite reorientationMagnetization curves along easy ([001]) and hard([100]) axes of Ni 48Mn 30Ga 22constrained in single variant martensite. The magnetic driving force (energy) is ~0.08 J/cm 3. Likhachev: Phys. Lett. A 275 (2000) 142.Ni 2MnGa deformed along [100] direction at 300 K in martensitic state. Chernenko et al: Phys. Rev.B 69134410 (2004)The mechanical resistive force is ~1.5 MPa and the mechanical frictional energy is 0.09 J/cm 3Ni 2MnGa –magnetic anisotropycaac42Heczko et al. JMMM 226-230 (2001) 996NiMnGa43Heczko et al. JMMM 242–245 (2002) 1446Ni 2MnGa –magnetic field induced martensite reorientation6% strain is induced bymagnetic field via martensite reorientation. The strain is irreversible.NiMnGaFerromagnetic martensite/austeniteparamagnetic austenite/martensite47TiNi 形状记忆合金的应力应变曲线。