形状记忆合金汇总.ppt

2、Ti—Ni合金的形状记忆特性 形状记忆特性指标： 相变温度：Ms、Mf、As、Af。 温度滞后：指马氏体相变开始温度和逆相变开始温度的差值，As－Ms。 形状回复量：反映形状记忆合金随温度变化所表现出来的形状变化的程度。 回复应力：指由于马氏体逆相变引起形状回复时的应力。 热循环寿命：指形状记忆合金在形状记忆特性衰减直到消失前，所经历的冷热循环周次。也称为疲劳寿命。 Ti—Ni合金的形状记忆特性 相变温度 Ms，℃ －80～80 As，℃ －70～90 温度滞后（As－Ms），℃ 20～30 形状回复量 90% 最大回复力，MPa ≤400 热循环寿命（N） 105～107 3、Ti—Ni合金的相变温度 Ni含量改变0.1％，相变温度点将变化10℃左右。 第三元素的影响： 用Co和Fe置换一部分Ni，可以使相变温度降低，而且，置换量越大，相变温度下降越多。另外，Fe的影响比Co大。 用V、Cr、Mn置换Ti，也使相变温度降低，其中，Cr和Mn的影响更大。 用Cu置换Ni，对相变温度影响不大，仅相变温度滞后略为减小，而且形状记忆性能不受任何影响，又由于Cu比Ni便宜，所以开发Ti—Ni—Cu三元形状记忆合金很具魅力。 但Cu含量增加后，会使母相变脆，使热加工性能恶化，因此，目前使用的Ti—Ni—Cu三元形状记忆合金的含Cu量以10％为限。 添加Nb元素能使相变温度滞后增大很多，甚至可以达到150℃以上。 4、Ti—Ni系形状记忆合金的种类 （1）近等原子比Ti—Ni二元合金； （2）Ti—Ni—Cu三元合金； （3）Ti—Ni—Nb三元合金； （4）Ti—Ni—Fe三元合金； （5）Ti—Ni—Cr三元合金。 5、Ti—Ni系形状记忆合金的制备 （1）熔炼 Ti—Ni合金的熔炼要求比较高，有二点原因： ①化学成分要求高，既要求严格控制成分，又要求成分均匀性好。 ②Ti 的化学活性高。 目前，多采用高频感应的方法，进行真空熔炼。也可以在低真空下，通惰性气体Ar保护熔炼。 （2）加工 Ti—Ni合金可以进行冷、热加工。 Ti—Ni合金热加工性能很好，因为随温度升高，其抗拉强度降低，而延伸率提高。但是，热加工温度不能超过900℃，否则容易出现热裂，合适的温度是700～850℃。 Ti—Ni合金的冷加工有一定难度，因为Ti—Ni合金具有很强烈的加工硬化现象，以及形状记忆和伪弹性效应。所以，Ti—Ni合金的冷拔、切削加工、钻孔等都有一定难度。切削时，即使采用高速钢，都很困难，一般要采用硬质合金刀具。 （3）形状记忆处理 ① 单程形状记忆处理 a、中温处理 将冷加工后的材料按照所需要的形状加工成型后，在400℃～500℃之间进行几分钟～几个小时的加热保温的一种工艺。 b、低温处理 是先在800℃以上的高温下使合金材料完全退火，然后在室温下成型加工，再放入200～300℃温度下保温数分钟～数十分钟的一种方法。 c、时效处理 是先经过800～1000℃固溶处理，并急剧冷却，再放入400℃左右的温度下进行几个小时的时效处理的方法。这种方法只适于Ni含量在50.5％（at）以上的合金。 ② 双程形状记忆处理 a、强制变形 是指对低温马氏体状态下的合金进行一定限度的、10％以上的强制变形。 b、约束加热 是使处于马氏体状态下的合金变形，并将变了形的形状约束固定下来，然后再将合金加热到高于Af温度50℃，甚至更高一些温度进行保温时效处理的方法。也称为约束时效。 c、训练 是先将合金变形到估计能够回复的程度，然后将合金加热，使它回复原来的形状，再反复多次地重复上述变形、加热过程，即可得到双程形状记忆效应。 二、Cu基形状记忆合金 1、Cu基合金相图 （1）Cu—Al二元合金相图 规律： 高温母相为β相，具有bcc结构，它是以电子化合物Cu3Al为基的固溶体。 从单一β相状态淬火， 转变为马氏体β?，或β1?。其中，β1?为有序结构的马氏体，β?为无序结构。若从β+γ1或γ1状态淬火，则转变为马氏体β1?+γ1?，或γ1?。β相区为热弹性马氏体相变区。 Ms点随Al％的提高而降低。 （2）CuAlNi三元合金相图 其室温平衡组织中出现两个新相：θ相和NiAl化合物。 共析成分点和β相区右移，即向高Al一侧偏移。这样就使得Al含量较高的β相变得更加稳定。 （3）Cu—Zn二元合金相图 规律： β相区为热弹性马氏体相变区。 β相是以电子化合物CuZn为基的固溶体，具有体心立方结构。 β相区的范围很窄，其成分范围是36.8～56.5％Zn，而且相变温度很低，不利于使用。 （4）CuZnAl三元合金相图 Alwt%为6％的CuZnAl三元合金垂直截面图 β相区有两个