记忆功能的奥秘报告方案.doc

二、记忆功能的奥秘 既然 高温相的奥氏体和低温相的马氏体都是在钢铁中最先观察到的，都是钢铁的显微组织的特征，那么，为什么钢铁没有形状记忆功能呢？一根钢丝或者一块铁皮，在低温下可以弯曲变形，为什么加热以后，它们不能回直自己原来的形状呢？ 如果我们取来一小段钢丝，放在放大100倍的光学显微镜下仔细地看。钢铁在高温时确实是奥氏体组织，低温时也确实是转变成了马氏体组织。但是，把在低温下变形后的钢丝或铁片加热时，即使把钢丝烧红,达到几百度甚至上千度的高温，几乎都要溶化了，它们却无论如何也不肯变回原来的形状。也就是说，记忆合金在受热时，可以产生马氏体逆转变,能够回复到母相去；而钢铁等不具备形状记忆功能的一般金属，在受热时它的马氏体不会产生逆转变，所以它的宏观外形也就不能回复原状。 可这是为什么呢？为什么大家同样都是马氏体，记忆合金的马氏体会逆转变，回复它的母相,而钢铁中的马氏体却不能逆转变呢？ 要想回答这个问题，我们单靠光学显微镜，看看金属的显微组织显然就不够了。还必须借助那些能够进一步探测金属显微组织内部结构的精密仪器。如用电子显微镜、X射线和电子衍射等方法，研究一下这些金属的晶体结构。这时，我们就会发现：原来记忆合金的马氏体变形和一般金属的马氏体变形方式是不同的。 我们都知道，一切物质都是由原子组成的。我们假定每根火柴头代表金属的一个原子。如果用显微镜和X射线仔细分析探测一下记忆合金丝的奧氏体组织，可以清楚地得知：构成合金丝的原子一个个排列得规规矩矩,横成行，纵成列，好像天兵天将在空中排兵布阵一样，壁垒森严，十分壮观。就像上图(a)用火柴摆的方阵代表奥氏体的原子排列方式吧。 如果用这些精密的科学仪器再探测一下记忆合金丝在低温下产生的马氏体组织，我们又可以清楚地得知，排列整齐的天兵天将的队形变了。第一、三、五排士兵原地不动，第二、四、六排的士兵听口令一齐向右横跨半步，成了上图(b)用火柴摆的队形。在这个队形中，原地不动的一排和横跨半步的一排，彼此面对面站立，好像镜面一样对称着。这对称着的两排士兵，又好像是完全分不出彼此的孪生兄弟一样。所以科学家为这种排列队形的晶体起了个名字，叫做“孪晶马氏体”，把从奥氏体到马氏体的这种队形变化，叫做“孪晶变形”。 “孪晶变形”是记忆合金马氏体相变的第一种形式。此外，还有第二种形式，叫做“层错变形”。层错变形比较复杂，大意是说，在奥氏体 原来排整齐的队伍中，发生马氏体相变时,某些士兵成排地站错了队。比如说，本来应是第一列的士兵站到了第二列，而第二列的士兵却又站到了第三列，而_且常常是局期性地错排。不过这时整个队形并没有变，依然是横成行，纵成列，壁垒森严，十分壮观。 “孪晶变形”和“层错变形”的马氏体变形，有一个共同的特点，就是整个排列的队形没有乱，相邻两排士兵之间是紧密相连的。只要稍稍加一点热（约数十度），它们就会回复原状，这就好像训练有素、纪律性很强的天兵天将，只要司令员一声令下，原来向右横跨半步的各排，就会一起动作，协同一致地向左横跨半步，回复原来的队形。因为这两种变形的马氏体稍一受热，都能够发生晶体的逆转变，使合金回弹到原来的形状，所以科学家把这种具有回弹功能的马氏体，叫做“热弹性马氏体”。 图中a是记忆合金本来排列整齐的奥氏队形，b是合金受冷后变成了孪晶马氏体的队形，c是合金在低温下受到外力，马氏体改变了形状。这时只要稍稍加热，这种改变了形状的马氏体,就会回复原来的奥氏体队形，如同图中原来的一样。 可是，在电子显微镜和X射线仪下面再仔细观察分析一下一般金属的马氏体，我们就可以看出情形大不相同了。一根铁丝或一块钢片，在低温下产生的马氏体，受到外力作用时产生的变形，叫做“滑移变形”，就是我们现在摆的队形。钢铁中的奧氏体组织原来排列整齐的队形，受到外力作用后，原子会成排地进行滑动。因为滑动以后上排和下排错开的士兵，脱离了原来队列，和连队失去了联系，所以再也回不来了。这就是一根钢丝在受到外力作用变形后,无论怎样加热，再也不会回复原状的原因了。 原来并不是所有的马氏体组织，在受热时都能产生逆转变，回复其母相。只有那些晶体结构能够逆向转变的“热弹性马氏体”，在受热时才能 产生马氏体逆相变，回复其母相。这就是记忆合金具有形状记忆功能的奥秘所在。 知识卡片 阿道夫?马滕斯 马氏体的“马”指的就是阿道夫.马滕斯，他是德国的材料科学家和材料试验学者。他早年作为一名工程师从事铁路桥梁的建设工作，并接触到了正在兴起的材料捡验方法。于是他用自制的显微镜观察铁的金相组织，并在1878年发表了《铁的显微镜研究》，阐述金属断口形态以及其抛光和酸浸后的金相组织。他观察到生铁在冷却和结晶过程中的组织排列很有规则（大概其中就有马氏体），并预言显微镜研究必将成为最有用的分析方法之一。