《《形状记忆合金》PPT课件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《《形状记忆合金》PPT课件.ppt（34页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、无忧无忧无忧无忧PPTPPT整理发布整理发布整理发布整理发布无忧无忧无忧无忧PPTPPT整理发布整理发布整理发布整理发布物理所：高萌 邢令义形状记忆合金L O G O拥有拥有“大脑大脑”的合金的合金Yes,I can also rememberL O G O没放入热水前没放入热水前放入热水后放入热水后冷却至室温后冷却至室温后再次放入热水后再次放入热水后双程双程CuZnAl记忆合金花的动作变化情况记忆合金花的动作变化情况引例L O G O主要内容主要内容l形状形状记忆合金及合金及马氏体相氏体相变l形状形状记忆效效应的两种主要机理的两种主要机理l形状形状记忆合金的分合金的分类及性能及性能l应用用L
2、 O G O形状记忆合金及马氏体相变形状记忆合金及马氏体相变L O G O形状记忆合金 形状形状记忆合金合金 (Shape Memory Effect,简称称SMA)具有具有形状形状记忆效效应的金属，通常是由两种以上的金属元的金属，通常是由两种以上的金属元素构成的合金。素构成的合金。形状记忆效应形状记忆效应（Shape Memory Effect,简称简称SME）在高温下处理成一定形状的金属急冷下来，在低温相状态在高温下处理成一定形状的金属急冷下来，在低温相状态下经塑性变形为另一种形状，然后加热到高温相成为稳定状下经塑性变形为另一种形状，然后加热到高温相成为稳定状态的温度时，通过态的温度时，通
3、过马氏体逆相变马氏体逆相变恢复到低温塑性变形前的形恢复到低温塑性变形前的形状的现象。状的现象。相相相变相变 马氏体马氏体 马氏体相变马氏体相变L O G O相：系：系统中具有确定成分和中具有确定成分和结构的部分叫做相。构的部分叫做相。材料的一个相具有不同于其他相的物理、化学特性。当系材料的一个相具有不同于其他相的物理、化学特性。当系统的外在约束条件（如温度、压力等）改变时，物相将发统的外在约束条件（如温度、压力等）改变时，物相将发生改变，相变的同时，材料的性能也发生改变。生改变，相变的同时，材料的性能也发生改变。相变的条件：（1 1）化学成分的变化）化学成分的变化（2 2）晶体结构的变化）晶体
4、结构的变化（3 3）有序程度的变化）有序程度的变化回顾L O G O 铁的两种晶体的两种晶体结构：构：体心立方结构体心立方结构（存在于两个温度范（存在于两个温度范围内，内，912以下以下称称铁，1394以上称以上称铁）；）；面心立方结构面心立方结构（存在于（存在于9121394之之间，称，称铁）以钢为例介绍马氏体相变L O G O碳在钢中的两种主要存在形式：碳在钢中的两种主要存在形式：溶入铁中与铁形成溶入铁中与铁形成固溶体固溶体；与铁形成铁碳化合物，称渗碳体（与铁形成铁碳化合物，称渗碳体（FeFe3 3C C）。）。碳溶于碳溶于铁中形成的固溶体称铁素体；溶于铁中形成的固溶体称铁素体；溶于 铁铁
5、中形成的固溶体称中形成的固溶体称奥氏体奥氏体，其最大溶解度为。，其最大溶解度为。L O G O过冷奥氏体等温转变曲线过冷奥氏体等温转变曲线(C(C曲线曲线)马氏体马氏体珠光体珠光体贝氏体贝氏体奥氏体奥氏体A1至至550为高温转变区，转变产物为珠光体（为高温转变区，转变产物为珠光体（P）550Ms为中温转变区，转变产物为贝氏体（为中温转变区，转变产物为贝氏体（B）MsMf为低温转变区，转变产物为马氏体（为低温转变区，转变产物为马氏体（M）L O G O马氏体相变 当母相奥氏体快速冷却当母相奥氏体快速冷却时，奥氏体，奥氏体转变成片状成片状或或针状新相，新相状新相，新相为体心四方体心四方结构构，与母
6、相的，与母相的结构构不同，但新相与母相的不同，但新相与母相的成分相同成分相同。人人们把把钢经高温淬火后形成的相叫做高温淬火后形成的相叫做马氏体氏体相。相。从奥氏体到从奥氏体到马氏体的氏体的转变叫做叫做马氏体相氏体相变，马氏体氏体相相变是是无无扩散型相散型相变。L O G O奥氏体奥氏体(A)马氏体马氏体(M)钢淬火工艺曲线钢淬火工艺曲线AM钢的马氏体相变不可逆钢的马氏体相变不可逆冷却冷却加热加热L O G O奥氏体奥氏体相相相相马氏体马氏体相相相相(M)(M)高温高温高温高温低温低温低温低温降温降温降温降温升温升温升温升温产生形状记忆的条件L O G O形状记忆效应的两种主要机理形状记忆效应的
7、两种主要机理l热弹性马氏体相变l应力诱发的马氏体相变L O G O 降温降温过程中，奥氏体将程中，奥氏体将转变成成马氏体。氏体。马氏体氏体转变开始和开始和终了温度分了温度分别以以Ms、Mf表示；加表示；加热过程中，程中，马氏体逆相氏体逆相变开始和开始和终了温度分了温度分别以以As、Af表示。表示。对于不同材料，于不同材料，这些特征温度不同。些特征温度不同。马氏体逆相氏体逆相变中存在中存在热滞后滞后现象，使得象，使得As大于大于Ms。按。按As-Ms的大小的大小和和马氏体的氏体的生生长特征特征将将马氏体相氏体相变分成分成非非热弹性性马氏体氏体相相变和和热弹性性马氏体相氏体相变两两类。热弹性马氏体
8、相变L O G O Au-Cd合金的相合金的相变属属热弹性性马氏体相氏体相变，相相变温度滞后很小，温度滞后很小，As-Ms约10，马氏体核氏体核心以突心以突发式成核并式成核并长到一定大小，到一定大小，马氏体相和母氏体相和母相相间保持着保持着弹性平衡性平衡。温度下降温度下降时，相，相变化学自化学自由能增大，由能增大，马氏体氏体长大的推大的推动力增大，力增大，马氏体片氏体片的厚度、大小的厚度、大小继续增加，同增加，同时也可能形成新的也可能形成新的马氏体核心。氏体核心。L O G O 反之，如果反之，如果升高温度升高温度，则转变就向相反的就向相反的方向方向进行，即行，即马氏体逆氏体逆转变为奥氏体奥氏
9、体，马氏体片氏体片就就缩小，甚至完全消失。在小，甚至完全消失。在这种情况下，只要种情况下，只要马氏体界面上的共格性未被破坏，氏体界面上的共格性未被破坏，则马氏体片可氏体片可随随着着驱动力的改力的改变而反复而反复发生生长大或大或缩小小。具有。具有这种特征的种特征的马氏体称氏体称为“热弹性性马氏体氏体”。L O G O奥氏体奥氏体相相相相马氏体马氏体相相相相(M)(M)高温高温高温高温低温低温低温低温降温降温降温降温升温升温升温升温L O G O应力诱发马氏体相变 超弹性超弹性超弹性超弹性(superelasticitysuperelasticity)变形变形变形变形 对对对对母母母母相相相相状状
10、状状态态态态的的的的样样样样品品品品在在在在A Af f温温温温度度度度以以以以上上上上施施施施加加加加外外外外力力力力，随随随随外外外外力力力力增增增增加加加加，样样样样品品品品首首首首先先先先发发发发生生生生遵遵遵遵循循循循虎虎虎虎克克克克(Hook)(Hook)定定定定律律律律的的的的弹弹弹弹性性性性变变变变形形形形。应应应应力力力力超超超超过过过过弹弹弹弹性性性性极极极极限限限限后后后后，随随随随应应应应力力力力的的的的缓缓缓缓慢慢慢慢增增增增加加加加，样样样样品品品品的的的的应应应应变变变变显显显显著著著著增增增增加加加加，在在在在一一一一定定定定的的的的应应应应变变变变范范范范围围
11、围围内内内内卸卸卸卸载载载载，应应应应变变变变会会会会完完完完全全全全消消消消失失失失，如如如如同同同同弹弹弹弹性性性性变变变变形形形形，但但但但其其其其应应应应变变变变量量量量远远远远远远远远超超超超出出出出通通通通常常常常意意意意义义义义上上上上的的的的弹弹弹弹性性性性变变变变形形形形，称称称称之之之之为为为为超弹性变形超弹性变形超弹性变形超弹性变形。其实质与弹性变形不同。其实质与弹性变形不同。其实质与弹性变形不同。其实质与弹性变形不同。L O G O超弹性变形是由应力诱发马氏体相变导致的。超弹性变形是由应力诱发马氏体相变导致的。超弹性变形是由应力诱发马氏体相变导致的。超弹性变形是由应力诱
12、发马氏体相变导致的。随外加应力的增加，在应力作用下母相与马氏随外加应力的增加，在应力作用下母相与马氏随外加应力的增加，在应力作用下母相与马氏随外加应力的增加，在应力作用下母相与马氏体间处于平衡的温度体间处于平衡的温度体间处于平衡的温度体间处于平衡的温度T T0 0()()增加，增加，增加，增加，MMs s和和和和A Af f也相应增加。也相应增加。也相应增加。也相应增加。当当当当MMs s超过环境温度时，母相开始相变为马氏体超过环境温度时，母相开始相变为马氏体超过环境温度时，母相开始相变为马氏体超过环境温度时，母相开始相变为马氏体。随。随。随。随应力的增加，应力的增加，应力的增加，应力的增加，
13、MMs s 高于环境温度的幅度更大，马氏体高于环境温度的幅度更大，马氏体高于环境温度的幅度更大，马氏体高于环境温度的幅度更大，马氏体转变的量随之增加，即马氏体由应力诱发而形成，转变的量随之增加，即马氏体由应力诱发而形成，转变的量随之增加，即马氏体由应力诱发而形成，转变的量随之增加，即马氏体由应力诱发而形成，发生了应力诱发马氏体相变。发生了应力诱发马氏体相变。发生了应力诱发马氏体相变。发生了应力诱发马氏体相变。卸除外力卸除外力卸除外力卸除外力，合金的相，合金的相，合金的相，合金的相变点降低，回复到应力为零时的相变点。由于此时变点降低，回复到应力为零时的相变点。由于此时变点降低，回复到应力为零时的
14、相变点。由于此时变点降低，回复到应力为零时的相变点。由于此时合金的合金的合金的合金的A Af f点低于环境温度，马氏体逆转变回母相点低于环境温度，马氏体逆转变回母相点低于环境温度，马氏体逆转变回母相点低于环境温度，马氏体逆转变回母相，样品的变形随之消失，显示出超弹性。样品的变形随之消失，显示出超弹性。样品的变形随之消失，显示出超弹性。样品的变形随之消失，显示出超弹性。L O G O热弹性热弹性热弹性热弹性本质相同，都是由马氏体相变引起的本质相同，都是由马氏体相变引起的本质相同，都是由马氏体相变引起的本质相同，都是由马氏体相变引起的超弹性超弹性超弹性超弹性奥氏体奥氏体相相相相马氏体马氏体相相相相
15、(M)(M)加应力加应力加应力加应力卸载应力卸载应力卸载应力卸载应力L O G O形状记忆机理总结 热热热热弹弹弹弹性性性性马马马马氏氏氏氏体体体体和和和和应应应应力力力力诱诱诱诱发发发发马马马马氏氏氏氏体体体体统统统统称称称称为为为为弹弹弹弹性性性性马马马马氏氏氏氏体体体体。只只只只有有有有弹弹弹弹性性性性马马马马氏氏氏氏体体体体相相相相变变变变才才才才能能能能产产产产生生生生形形形形状状状状记记记记忆忆忆忆效应效应效应效应。形状记忆效应是由于合金中发生了形状记忆效应是由于合金中发生了形状记忆效应是由于合金中发生了形状记忆效应是由于合金中发生了热弹性或热弹性或热弹性或热弹性或应力诱发马氏体相
16、变应力诱发马氏体相变应力诱发马氏体相变应力诱发马氏体相变。L O G O形状记忆合金的分类及性能形状记忆合金的分类及性能L O G O形状记忆合金分类（1 1）单程记忆效应）单程记忆效应 在较低的温度下变形，只在加热到在较低的温度下变形，只在加热到在较低的温度下变形，只在加热到在较低的温度下变形，只在加热到A Af f以上，马以上，马以上，马以上，马氏体逆转变成奥氏体，发生形状回复的现象，显示氏体逆转变成奥氏体，发生形状回复的现象，显示氏体逆转变成奥氏体，发生形状回复的现象，显示氏体逆转变成奥氏体，发生形状回复的现象，显示出出出出记忆热态形状记忆热态形状记忆热态形状记忆热态形状的能力。的能力。
17、的能力。的能力。（2 2）双程记忆效应）双程记忆效应 加热时恢复高温相形状，冷却时又恢复低温相加热时恢复高温相形状，冷却时又恢复低温相加热时恢复高温相形状，冷却时又恢复低温相加热时恢复高温相形状，冷却时又恢复低温相形状，这个过程可以重复进行，显示出形状，这个过程可以重复进行，显示出形状，这个过程可以重复进行，显示出形状，这个过程可以重复进行，显示出能分别记忆能分别记忆能分别记忆能分别记忆冷和热状态冷和热状态冷和热状态冷和热状态下原有形状的能力，称为双程记忆效应。下原有形状的能力，称为双程记忆效应。下原有形状的能力，称为双程记忆效应。下原有形状的能力，称为双程记忆效应。L O G O（3）全程记
18、忆效应）全程记忆效应加热时恢复高温相形状，冷却时变为加热时恢复高温相形状，冷却时变为加热时恢复高温相形状，冷却时变为加热时恢复高温相形状，冷却时变为形状相同形状相同形状相同形状相同而而而而取向相反取向相反取向相反取向相反的低温相形状，称为全程记忆效应。的低温相形状，称为全程记忆效应。的低温相形状，称为全程记忆效应。的低温相形状，称为全程记忆效应。三种记忆效应的比较三种记忆效应的比较三种记忆效应的比较三种记忆效应的比较L O G O 机械性质优良机械性质优良，能恢复的形变可高达能恢复的形变可高达10，（一般金属材料一般金属材料0.1）。）。在智能材料和智能机械的设计中有重要的价值。在智能材料和智
19、能机械的设计中有重要的价值。形状记忆合金的性能形状记忆合金的性能 加热时产生的加热时产生的加热时产生的加热时产生的回复应力回复应力非常非常大大，可达可达500MPa。可感受温度、外力变化并通过调整内部结构来可感受温度、外力变化并通过调整内部结构来适应外界条件适应外界条件对环境刺激的对环境刺激的自适应性自适应性。无无通常金属呈现的通常金属呈现的“疲劳断裂疲劳断裂”现象现象。L O G O形状记忆合金的应用形状记忆合金的应用L O G ONiTi形状记忆合金折叠发射形状记忆合金折叠发射自动张开的宇航天线原理图自动张开的宇航天线原理图月球上的月球上的“奇葩奇葩”宇航宇航天线天线工业应用L O G O
20、连接件和紧固件连接件和紧固件l形形状状记记忆忆合合金金管管接接头头用用相相变变点点约约-150150的的TiNiFeTiNiFe合金制备。合金制备。合金内径加工成比被接管径约小合金内径加工成比被接管径约小4-54-5，把把管管接接头头浸浸泡泡在在液液态态空空气气中中，在在低低温温状状态下使内径扩大态下使内径扩大约约7-8%7-8%，扩扩径径后后管管接接头头用用保保温温材材料料保保持持低低温温，被被接管从管接头两侧插入，接管从管接头两侧插入，去去掉掉保保温温材材料料，管管接接头头温温度度上上升升到到室室温温，内内径径恢恢复复到到扩扩径径前前状状态态，牢牢牢牢箍箍紧紧被被接接管管。形状记忆管接头形
21、状记忆管接头L O G O形状记忆合金可制成驱动器、控制器等应用在智能机器人中智能控制器智能控制器温控智能机器人元件温控智能机器人元件 智能机器人智能机器人L O G Ol当当心心脏脏出出现现毛毛病病，不不可可能能用用手手术术治治疗疗时时，不不得得不不依依赖赖于于心心脏移植或人工心脏。脏移植或人工心脏。l可可以以用用形形状状记记忆忆合合金金制制造造人人工工心心脏脏用用人人造造肌肌肉肉，用用以以充充当当人造心脏的驱动源。人造心脏的驱动源。人工心脏用人造肌肉人工心脏用人造肌肉人人造造心心脏脏医学应用L O G Ol治治疗疗粉粉碎碎性性髌髌骨骨骨骨折折比比较较困困难难，我我国国设设计计了了一一种种用用于于治治疗疗髌髌骨骨骨骨折折的的形形状状记记忆忆NiTiNiTi聚聚髌髌器器，现现已已成成功功用于临床治疗之中。用于临床治疗之中。l聚聚髌髌器器由由功功能能爪爪和和连连接接腰腰组组成成，能能从从多多个个方方向向产产生生恢恢复复力力并并作作用用于于髌髌骨骨，持持续续地地以以纵纵向向聚聚合合加加压压，将将粉碎的髌骨聚合于解剖位置直至骨折愈合。粉碎的髌骨聚合于解剖位置直至骨折愈合。聚髌器聚髌器L O G O日常生活应用日常生活应用形状记忆路灯形状记忆路灯形状记忆合金眼镜架形状记忆合金眼镜架 空调百叶板空调百叶板L O G O10/29/202234Thank you！