馬氏體相變與形狀記憶合金-內(nèi)含精選動圖

馬氏體相變

與形狀記憶合金目錄1、馬氏體相變2、形狀記憶合金及應(yīng)用3、研究案例1、馬氏體相變A、固態(tài)相變總論B、馬氏體相變的特點A、固態(tài)相變總論相變：指當(dāng)外界條件如溫度、壓力等發(fā)生變化時，物相在某一特定條件下發(fā)生的突變。相變表現(xiàn)為：1）從一種結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N結(jié)構(gòu)。2）化學(xué)成分的不連續(xù)變化。3）物質(zhì)物理性能的突變。A、固態(tài)相變總論三種基本變化：①晶體結(jié)構(gòu)的變化。純金屬的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變、固溶體的多形性轉(zhuǎn)變、馬氏體相變②化學(xué)成分的變化。只有成分轉(zhuǎn)變而無相結(jié)構(gòu)的變化③有序程度的變化。合金的有序化轉(zhuǎn)變，以及與電子結(jié)構(gòu)變化相關(guān)的轉(zhuǎn)變

A、固態(tài)相變總論

相界面不同相晶體晶粒的界面。按界面原子的排列特點，可分為共格界面、半共格界面、非共格界面。（1）共格界面：兩相晶格在界面上彼此完全銜接，錯配度δ=（ɑβ-

ɑα）/ɑα〈0.05；（2）半共格界面δ大到一定程度時，相界面不能繼續(xù)維持完全共格學(xué)要一系列調(diào)配錯配度調(diào)節(jié)，0.05≤δ≤0.25；（3）非共格界面由于δ（δ﹥0.25）界面處兩相原子無法配合。A、固態(tài)相變總論界面能固－固相界面能比液－固相界面高，一部分同類鍵異類鍵的結(jié)合強(qiáng)度和數(shù)量變化引起的化學(xué)能，另一部分是由界面原子不匹配產(chǎn)生的點陣畸變能。應(yīng)變能

應(yīng)變能包括共格應(yīng)變能和體積應(yīng)變能。取相關(guān)系固態(tài)相變時，為了降低母相與新相之間的界面能，新相的某些低指數(shù)晶面與母相的某些低指數(shù)晶面平行。晶體缺陷

晶態(tài)固體中的空位、位錯、晶界等缺陷周圍因點陣畸變面儲存一定的畸變能．新相極易在這些位置非均勻形核．它們對晶核的長大過程也有一定影響．A、固態(tài)相變總論彈性應(yīng)變能：大中小

界面能：小中大(a)

共格界面(b)半共格界面(c)非共格界面B、馬氏體相變的特點從原子遷移情況來分?jǐn)U散型相變：相變過程中伴隨有元素的擴(kuò)散，組成原子在較大范圍遷移，相變速率較慢。如奧氏體向珠光體的轉(zhuǎn)變。無擴(kuò)散型相變：以晶格畸變?yōu)橹鞯奈灰菩蜔o擴(kuò)散相變，如馬氏體相變。B、馬氏體相變的特點馬氏體相變是無擴(kuò)散相變之一，相變時沒有穿越界面的原子無規(guī)行走或順序跳躍，因而新相（馬氏體）承襲了母相的化學(xué)成分、原子序態(tài)和晶體缺陷。馬氏體相變時原子有規(guī)則地保持其相鄰原子間的相對關(guān)系進(jìn)行位移.B、馬氏體相變的特點形象對說，馬氏體相變就像解放軍走分列式，各原子“動作整齊，步調(diào)一致”。B、馬氏體相變的特點擴(kuò)散型相變就像團(tuán)體操，原子從有序的A狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)锽狀態(tài)。轉(zhuǎn)變過程中，各原子有長程的，看似紊亂的熱運動（也就是擴(kuò)散）。B、馬氏體相變的特點B、馬氏體相變的特點四十年代前后，在Fe-Ni、Fe-Mn合金以及許多有色金屬及合金中也發(fā)現(xiàn)了馬氏體轉(zhuǎn)變。不僅觀察到冷卻過程中發(fā)生的馬氏體轉(zhuǎn)變；同時也觀察到了在加熱過程中所發(fā)生的馬氏體轉(zhuǎn)變。由于這一新的發(fā)現(xiàn)，人們不得不把馬氏體的定義修定為：“在冷卻過程中所發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變所得產(chǎn)物統(tǒng)稱為馬氏體”。把以晶格畸變?yōu)橹鞯奈灰菩蜔o擴(kuò)散相變統(tǒng)稱為馬氏體相變。B、馬氏體相變的特點共析碳鋼C曲線圖馬氏體轉(zhuǎn)變有一上限溫度，這一溫度稱為馬氏體轉(zhuǎn)變的開始溫度，用Ms表示。馬氏體轉(zhuǎn)變還有一個下限溫度，用Mf表示，當(dāng)奧氏體過冷到Mf以下時轉(zhuǎn)變也不能再進(jìn)行了。稱為馬氏體轉(zhuǎn)變的下限溫度或馬氏體終了點。也就是說馬氏體轉(zhuǎn)變是在Ms—Mf之間進(jìn)行的。B、馬氏體相變的特點非熱彈性馬氏體相變過程奧氏體降溫馬氏體形核迅速長大繼續(xù)降溫馬氏體片不再長大B、馬氏體相變的特點熱彈性體馬氏體相變過程奧氏體降溫馬氏體突發(fā)形核長大繼續(xù)長大彈性平衡繼續(xù)降溫新的形核并長大B、馬氏體相變的特點關(guān)于熱彈性的理解力作用下的機(jī)械彈性如果是由溫度驅(qū)動的，就叫熱彈性B、馬氏體相變的特點非熱彈性馬氏體相變由于溫度繼續(xù)降低，馬氏體不在長大，也就是說溫度降低，除了熱脹冷縮外，不會引起較大的形變，奧氏體降溫馬氏體形核迅速長大繼續(xù)降溫馬氏體片不再長大B、馬氏體相變的特點熱彈性體馬氏體相變：溫度繼續(xù)降低，馬氏體繼續(xù)形核長大，所以熱量會繼續(xù)改變式樣的“長度”。也是說，體現(xiàn)出了熱彈性。奧氏體降溫馬氏體突發(fā)形核長大繼續(xù)長大彈性平衡繼續(xù)降溫新的形核并長大B、馬氏體相變的特點溫度往復(fù)的溫度變化，可以使式樣變形和復(fù)原。雖然這個過程設(shè)計到相變，但是給人的感覺就像是彈性形變。B、馬氏體相變的特點B、馬氏體相變的特點B、馬氏體相變的特點應(yīng)力誘發(fā)馬氏體相變B、馬氏體相變的特點如果材料同時具有熱彈性馬氏體相變和應(yīng)力馬氏體相變，在奧氏體區(qū)域進(jìn)行應(yīng)力加載激發(fā)馬氏體相變，卸載應(yīng)力后，會在溫度的作用下自動變?yōu)閵W氏體。2、形狀記憶合金的基本原理與應(yīng)用2、形狀記憶合金的基本原理與應(yīng)用單程形狀記憶效應(yīng)：材料在高溫下制成某種形狀，在低溫相時將其變形，再加熱時恢復(fù)為高溫相形狀，而重新冷卻時不能恢復(fù)低溫相時的形狀。2、形狀記憶合金的基本原理與應(yīng)用雙程形狀記憶效應(yīng)：材料加熱時恢復(fù)高溫相形狀，冷卻時恢復(fù)低溫相形狀，即通過溫度升降自發(fā)可逆地反復(fù)高低溫相形狀的現(xiàn)象。2、形狀記憶合金的基本原理與應(yīng)用形狀恢復(fù)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(xiàn)有序的點陣結(jié)構(gòu)；馬氏體點陣的不變切變?yōu)閷\生，亞結(jié)構(gòu)為孿晶或?qū)渝e；馬氏體相變在晶體學(xué)上是可逆的。2、形狀記憶合金的基本原理與應(yīng)用出現(xiàn)熱彈馬氏體相變的條件：母相與馬氏體的比容差??；母相的彈性極限高；母相原子排列規(guī)律性強(qiáng)；熱彈性馬氏體相變確保不破壞母相與新相之間的共格聯(lián)系，新相在加熱條件下容易向母相轉(zhuǎn)變。2、形狀記憶合金的基本原理與應(yīng)用2、形狀記憶合金的基本原理與應(yīng)用可靠性高，如果使用焊接的方式，會影響周圍材料的性能。在低溫下易拆卸，便于檢修檢查。在F-14戰(zhàn)斗機(jī)上使用了10萬個以上在核潛艇的管路連接上也可大量應(yīng)用。2、形狀記憶合金的基本原理與應(yīng)用2、形狀記憶合金的基本原理與應(yīng)用在溫度作用下，聚臏器會努力恢復(fù)原狀，從而持續(xù)提供聚合力2、形狀記憶合金的基本原理與應(yīng)用形狀記憶合金并不是無論承受怎樣的變形只要受熱就能恢復(fù)原狀，有時可殘留永久變形。為保持良好形狀記憶特性，形變量不能超過一定值。循環(huán)使用次數(shù)少時，TiNi合金約為6％，CuZnAl合金約為2％；循環(huán)使用次數(shù)多時，分別低于2％和0.5％。2、形狀記憶合金的基本原理與應(yīng)用形狀記憶合金要避免過熱，即在形狀記憶合金受約束狀態(tài)下，不要達(dá)到比Af點高很多的溫度。線圈過熱，相變引起的形狀恢復(fù)應(yīng)力超過絲材本身的屈服應(yīng)力，合金的形狀記憶特性變壞。合金長時間置于高溫，產(chǎn)生不能完全記住該溫度下形狀的現(xiàn)象，即記憶力減退。當(dāng)TiNi合金和CuZnAl合金長時間分別置于250℃和90℃以上的溫度時，不管載荷大小如何，都出現(xiàn)不良影響。3、研究案例形狀記憶合金的馬氏體時效效應(yīng)是指:在發(fā)生馬氏體相變進(jìn)入馬氏體相后，形狀記憶合金的物理性能會隨其在馬氏體相的停留時間發(fā)生變化。時效后的馬氏體會表現(xiàn)的更加“穩(wěn)定”，其表現(xiàn)為從馬氏體相回到母相的逆相變轉(zhuǎn)變溫度Af會升高。3、研究案例馬氏體時效效應(yīng)可以形象的理解為：用記憶合金制備的血栓過濾器，如果放置時間過久，會導(dǎo)致本來該在人體溫度（37℃左右）打開的支架，需要45℃才能打開。3、研究案例3、研究案例

A、B分別表示一個簡立方結(jié)構(gòu)α

β模型為A55B45即：將β子晶格上的部分原子，替換為A原子。3、研究案例A、在0.54下獲得平衡的奧氏體結(jié)構(gòu)約化溫度B、降溫到0.34獲得馬氏體C、不同保溫時間得到時效馬氏體D、升溫回到奧氏體狀態(tài)3、研究案例3、研究案例出現(xiàn)熱彈馬氏體相變的條件：母相與馬氏體的比容差??；母相的彈性極限高；母相原子排列規(guī)律性強(qiáng)；3、研究案例時效過程對原子分布的影響:1、改變晶體的長程有序結(jié)構(gòu)2、原子的短程有序排布需要澄清馬氏體穩(wěn)定化的微觀機(jī)制究竟是什么？長程有序度LRO短程有序度SRO3、研究案例在時效過程中，長程有序度（LRO）沒有發(fā)生變化，這表明在時效過程中，沒有長程平均結(jié)構(gòu)的變化。3、研究案例在β子晶格中，沿[100],[010]和[[001]方向的最近鄰原子位置的點缺陷短程有序度隨馬氏體時效時間的演化情況.可以清楚的看到，短程有序度（SRO）隨著馬氏體時效發(fā)生了變化。如果對應(yīng)馬氏體穩(wěn)定化，即Af點的變化來觀察，SRO的變化與其同步。這表明，SRO的變化是馬氏體穩(wěn)定化的根本起源。3、研究案例支架過期后，本來該在人體溫度（37℃左右）打開的支架，需要45℃才能打開。但是，可以用一個手段讓該支架恢復(fù)性能。3、研究案例通過升溫過程，使馬氏體轉(zhuǎn)變?yōu)槟赶嗪?。母相再一次轉(zhuǎn)變而來的馬氏體，將不具備時效效應(yīng)。該升溫過程發(fā)生了什么：是簡單的馬氏體逆變，還是伴隨著原子的擴(kuò)散過程？3、研究案例奧氏體→降溫到馬氏體→時效→升溫到奧氏體→（立刻）降溫到馬氏體①奧氏體→降