第4章形状记忆合金.pptVIP

* * 合金元素对Ti-Ni合金相变的影响 Cu的影响(Ti-Ni-Cu合金) Nb的影响(Ti-Ni-Nb合金) Fe的影响(Ti-Ni-Fe合金) 杂质元素的影响 * * ① Cu在Ti-Ni合金中的固溶度可高达30％。 加入一定量的Cu置换Ni后，合金形状记忆效应和力学性能仍然很好，但合金的价格大大下降。 加入Cu对相变温度有一定影响：随Cu含量的增加，合金的Ms点升高，而As点变化不大。 * * ②Nb使Ti-Ni合金逆转变温度(As)显著升高。 原因： 以纯Nb相弥散分布在NiTi基体中。由于Nb相很软，在施加应力使马氏体变形时，Nb相也相应发生塑性变形。 逆转变时，马氏体的变形是可回复的，而Nb相的变形是不可回复，而且Nb相的变形对马氏体的逆转变有阻碍作用，从而导致逆转变温度显著升高。 * * ③加Fe使合金显现出明显的R相变，合金的相变过程明显分为两个阶段: 母相→R相→马氏体 在Ti-Ni合金中加入适量的Co也有类似的作用。 * * ④杂质元素(C、O)的影响： 随C、O含量的增加，Ms点均降低。 原因： 加入 C、O后会形成TiC、Ti4Ni2O，导致TiNi基体相中Ni的含量相对增加，而Ms点随Ni含量的增加而下降。 * * 2. 铜系形状记忆合金 主要由Cu-Zn和Cu-A1两个二元系发展而来。 通过第三元素可以有效地提高状记忆合金的相变温度，发展了一系列的Cu-Zn-X(X= Al, Ge, Si, Sn锡, Be铍, Ni)三元合金。 Cu-Zn-A1基形状记忆合金 Cu-A1-Ni基形状记忆合金 * * 性能特点： 优点：制造加工容易，价格便宜，具有良好的记忆 性能，相变点可在一定温度范围内调节，不 同成分的Cu-Zn-A1合金相变温度不同。 缺点：强度较低，稳定性及耐疲劳性能差，不具有 生物相容性。 * * 3. 铁系形状记忆合金 分为两类： （1）热弹性马氏体相变Fe-Pt, Fe-Pd钯,Fe-Ni-Co-Ti合金等； （2）应力诱发马氏体相变（非热弹性马氏体），Fe-Mn-Si, Fe-Cr-Ni-Mn-Si-Co合金等。 * * 性能特点： 价格较Ti-Ni系和Cu基系合金便宜，原料易得，可以采用现有的钢铁工艺进行冶炼和加工，强度高，刚性好，适用作结构材料，也可作特种用途材料，在应用方面具有明显的竞争优势。 形状记忆特性比Ti-Ni合金差。 * * 铁基合金具有良好记忆效应的前提： 合金母相为单一奥氏体，并存在一定数量层错； 尽可能低的层错能，使Shockley不全位错容易扩展及收缩，以减少应力诱发马氏体相变的阻力； 相当的母相强度，以抑制应力诱发相变时产生永久位移； 较低的铁磁-反铁磁转变温度，以消除奥氏体稳定化对应力诱发马氏体相变的阻力； * * 问题及对策： 问题： 随预变形量的增加，合金的形状记忆效应降低，因为小变形时母相中的层错沿最易开动的滑移系扩展，易形成单变体马氏体，预变形量增加，母相中多个位向层错扩展，会形成马氏体的重叠和交叉；更大的预变形量会使材料发生永久变形，记忆效应降低。 * * 对策： 对FeMnSi合金在室温使之变形，然后加热至600oC，循环数次。 机理：训练使母相中形成层错，减少诱发马氏体相变所需的临界切变力，增加了马氏体形核部位，增加了马氏体的转变量，也使形成单变体马氏体的几率增加。 * * 形状记忆材料的应用 1. 工程应用 * * ①高技术中的应用 ： 制造人造卫星天线 Ti-Ni形状记忆合金制造的人造卫星天线 美国宇航局的月面天线计划： 在室温下用形状记忆合金制成抛物面天线，然后把它揉成直径5厘米以下的小团，放入阿波罗11号的舱内，在月面上经太阳光的照射加热使它恢复到原来的抛物面形状,从而能用空间有限的火箭舱运送体积庞大的天线。 * * ②工程应用:紧固件、连接件、密封垫、管件接头等 形状记忆合金用作铆钉的工作原理图 * * 控制元件 (1) 把形状记忆合金制成的弹簧与普通弹簧安装在一起，可以制成自控元件。 在高温(Af以上温度)和低温时，形状记忆合金弹簧由于发生相变，母相与马氏体强度不同，使元件向左，右不同方向运动。 * * 这种构件可以作为暖气阀门，温室门轴自动开启的控制，描笔式记录器的驱动，温度的检测、驱动。 形状记忆合金对温度比双金属片敏感得多，可代替双金属片用于控制和报警装置中。 * * ③医疗领域应用:牙齿矫形丝、血栓