《智能材料》第二章形狀記憶合金1回顧：智能材料的基本結構傳感材料驅動材料控制材料智能材料材料自身能夠探測到外部環境狀態的變化能夠自動地執行改變材料狀態的指令能夠對探測到的外部環境的變化作出判斷，并給出相應的改變材料狀態的指令2●1962年，美國海軍軍械研究所將NiTi合金作為對溫度敏感的振動衰減合金加以研究，在討論該項研究經費分配時，某一成員用手將這種材料制成的細絲一端彎曲，無意中靠近手中點燃的雪茄，忽然發現靠近火焰部分的細絲伸直了。●1963年，美國海軍軍械研究所宣布在NiTi合金絲中發現了形狀記憶效應。●NiTi合金具有強度高、塑性大、耐腐蝕性好、成本相對低廉等很多特點而引起了極大關注，時至今日形狀記憶合金已得到了廣泛應用。2.1形狀記憶效應32.1形狀記憶效應4形狀記憶效應（ShapeMemoryEffect，簡稱SME）

在高溫下處理成一定形狀的金屬急冷下來，在低溫相狀態下經塑性變形為另一種形狀，然后加熱到高溫相成為穩定狀態的溫度時，通過馬氏體逆相變恢復到低溫塑性變形前的形狀的現象。

具有這種效應的金屬，通常是由兩種以上的金屬元素構成的合金，故稱為形狀記憶合金（ShapeMemoryAlloys,簡稱SMA）2.1形狀記憶效應52.2馬氏體相變馬氏體相變是無擴散相變之一，相變時沒有穿越界面的原子無規行走或順序跳躍，因而新相（馬氏體）承襲了母相的化學成分、原子序態和晶體缺陷。馬氏體相變時原子有規則地保持其相鄰原子間的相對關系進行位移。6形象對說，馬氏體相變就像解放軍走分列式，各原子“動作整齊，步調一致”。2.2馬氏體相變7●早在戰國時代人們已經知道可以用淬火（即將鋼加熱到高溫后淬入水或油中急冷）的方法可以提高鋼的硬度，經過淬火的鋼制寶劍可以“削鐵如泥”。●十九世紀末期，人們才知道“加熱和冷卻”過程中鋼鐵內部相組織發生了變化，從而引起了鋼的性能變化。為了紀念再這一發展過程中做出杰出貢獻的德國冶金學家AdolphMartens，法國著名的冶金學家Osmond建議將鋼經過淬火所得的高硬度相成為“馬氏體”，并因此將得到馬氏體相的轉變過程稱為馬氏體轉變。“馬氏體”-“Martensite”。2.2馬氏體相變8上世紀四十年代前后，在Fe-Ni、Fe-Mn等合金以及許多有色金屬及合金中也發現了馬氏體轉變。不僅觀察到冷卻過程中發生的馬氏體轉變；同時也觀察到了在加熱過程中所發生的馬氏體轉變。由于這一新的發現，人們不得不把馬氏體的定義修定為：“在冷卻過程中所發生馬氏體轉變所得產物統稱為馬氏體”。把以晶格畸變為主的位移型無擴散相變統稱為馬氏體相變。2.2馬氏體相變9共析碳鋼C曲線圖馬氏體轉變有一上限溫度，這一溫度稱為馬氏體轉變的開始溫度，用Ms表示。馬氏體轉變還有一個下限溫度，用Mf表示，當奧氏體過冷到Mf以下時轉變也不能再進行了。稱為馬氏體轉變的下限溫度或馬氏體終了點。也就是說馬氏體轉變是在Ms—Mf之間進行的。2.2馬氏體相變102.2馬氏體相變熱滯后熱滯后（溫度滯后），反映的是馬氏體轉變的阻力！MfMsAsAfAusteniteMartensiteTEMPERATUREMfMsAsAfAusteniteMartensiteTEMPERATURE(twinned)(twinned)11普通馬氏體相變熱彈性馬氏體相變

溫度2.2馬氏體相變12普通鐵碳合金：非熱彈性馬氏體相變相變溫度滯后約為幾百度各個馬氏體片幾乎是在瞬間就長到最終大小，且不會因溫度降低而再長大。非熱彈性馬氏體2.2馬氏體相變13形狀記憶合金：熱彈性馬氏體相變其相變溫度滯后約幾十度，有的形狀記憶合金只有幾度的溫度滯后。冷卻過程中形成的馬氏體會隨溫度的變化而繼續長大或收縮，母相和馬氏體相的相界面表現出彈性式的推移，在相變的全過程中一直保持著良好的協調性。熱彈性馬氏體2.2馬氏體相變14高溫相：奧氏體（通常為立方晶系）2.2馬氏體相變15低溫相：馬氏體（通常為斜方相）孿生馬氏體

形變馬氏體2.2馬氏體相變16溫度誘發馬氏體相變，產物為孿生馬氏體2.2馬氏體相變17溫度和應力作用下得到的馬氏體形態不同。在應力作用下，對孿生馬氏體進行變形，使其轉變為退孿生馬氏體。完成轉變的應力開始轉變的應力宏觀形狀發生改變2.2馬氏體相變18應力卸載后，宏觀形狀改變得到保留。然后對彎曲的工件加熱，其將回復到原始形狀。2.2馬氏體相變19形狀記憶效應示意圖2.3形狀記憶合金的訓練20馴獸，是改變了動物的內心世界。馴形狀記憶合金：是改變了材料內部的缺陷組態。單程記憶效應雙程記憶效應2.3形狀記憶合金的訓練21每一個循環都會留下永久變形該變形量越來越小，直到趨于零，訓練完成訓練過程是為了引入內部缺陷，在該內部缺陷的作用下，降溫時才會轉變為孿生馬氏體，否則不具備形狀記憶效應。如果對訓練完成的合金進行退火處理，缺陷組態消失，將失去形狀記憶功能。需要重新訓練才能恢復。2.3形狀記憶合金的訓練22形狀恢復完全可逆需具備以下條件：馬氏體相變是熱彈性的母相和馬氏體呈現有序的點陣結構馬氏體的變形，必須是通過退孿晶來實現馬氏體相變在晶體學上是可逆的2.3形狀記憶合金的訓練232.3形狀記憶合金的應用

記憶合金管的接頭24月面天線天飛機釋放的膨脹月面天線25雙程CuZnAl記憶合金花

采用CuZnAl記憶合金片，以熱水或熱風為熱源，開放溫度為65℃~85℃，閉合溫度為室溫。花蕾直徑80mm,展開直徑200mm。動作幅度為1800。另外，可據用戶要求訂做。

2.3形狀記憶合金的應用26形狀記憶合金眼鏡架2.3形