形狀記憶合金(課件)

形狀記憶合金(課件)第一頁，編輯于星期六：十八點(diǎn)十一分。第1頁，共61頁。目錄一、形狀記憶效應(yīng)(ShapeMemoryEffect)二、形狀記憶效應(yīng)的機(jī)理(Mechanism)三、形狀記憶合金材料(SMAMaterials)

四、形狀記憶合金的應(yīng)用(Applications)第二頁，編輯于星期六：十八點(diǎn)十一分。第2頁，共61頁。形狀記憶是指具有初始形狀的制品變形后，通過加熱等處理手段又回復(fù)初始形狀的功能。具有形狀記憶功能的材料包括形狀記憶合金和形狀記憶聚合物。

第三頁，編輯于星期六：十八點(diǎn)十一分。第3頁，共61頁。

形狀記憶效應(yīng)最早發(fā)現(xiàn)于30年代，1932年,瑞典人奧蘭德在金鎘合金中首次觀察到“記憶”效應(yīng)，即合金的形狀被改變之后，一旦加熱到一定的躍變溫度時(shí)，它又可以魔術(shù)般地變回到原來的形狀。20世紀(jì)30年代，美國哈佛大學(xué)A.B.Greninger等發(fā)現(xiàn)CuZn合金在加熱與冷卻的過程中，馬氏體會(huì)隨之收縮與長大；1948年，前蘇聯(lián)學(xué)者庫爾久莫夫預(yù)測到某些具有馬氏體相變的合金會(huì)出現(xiàn)熱彈性馬氏體相變；1951年，張祿經(jīng)、Read發(fā)現(xiàn)Au-47.5%Cd具有形狀記憶效應(yīng)；第四頁，編輯于星期六：十八點(diǎn)十一分。第4頁，共61頁。

1963年，美國海軍武器試驗(yàn)室（AmericalnavyOrdinanceLaboratory）的Buehler博士等發(fā)現(xiàn)Ni-Ti合金具有形狀記憶效應(yīng)，并開發(fā)了Nitinol（Ni-Ti-Navy-Ordinance-Laboratory）形狀記憶合金；70年代，CuAlNi也被發(fā)現(xiàn)具有形狀記憶功能；1975年左右，F(xiàn)eMnSi及有些不銹鋼也有形狀記憶功能，并在工業(yè)中得到應(yīng)用；第五頁，編輯于星期六：十八點(diǎn)十一分。第5頁，共61頁。

合金的這種記憶效應(yīng)是由合金的“相變化”來實(shí)現(xiàn)的，隨著溫度的改變，合金的結(jié)構(gòu)從一相轉(zhuǎn)變到另一相。?記憶合金的開發(fā)迄今不過20余年，但由于其在各領(lǐng)域的特效應(yīng)用，正廣為世人所矚目，被譽(yù)為"神奇的功能材料"。第六頁，編輯于星期六：十八點(diǎn)十一分。第6頁，共61頁。一、形狀記憶效應(yīng)(ShapeMemoryEffect)某些具有熱彈性馬氏體相變的合金，處于馬氏體狀態(tài)下進(jìn)行一定限度的變形或變形誘發(fā)馬氏體后，在隨后的加熱過程中，當(dāng)超過馬氏體相消失的溫度時(shí)，材料就能完全恢復(fù)變形前的形狀和體積，這種現(xiàn)象稱為形狀記憶效應(yīng)(SME)。具有形狀記憶效應(yīng)的合金稱形狀記憶合金(SMA)。第七頁，編輯于星期六：十八點(diǎn)十一分。第7頁，共61頁。形狀記憶效應(yīng)第八頁，編輯于星期六：十八點(diǎn)十一分。第8頁，共61頁。形狀記憶效應(yīng)一般金屬材料受到外力作用后，首先發(fā)生彈性變形，達(dá)到屈服點(diǎn)，就產(chǎn)生塑性變形，壓力消除后留下永久變形。但有些材料，在發(fā)生了塑性變形后，經(jīng)過合適的熱過程，能夠回復(fù)到變形前的形狀，這種現(xiàn)象叫做形狀記憶效應(yīng)（SME）。具有形狀記憶效應(yīng)的金屬一般是由兩種以上金屬元素組成的合金，稱為形狀記憶合金（SMA）。普通金屬材料形狀記憶合金第九頁，編輯于星期六：十八點(diǎn)十一分。第9頁，共61頁。形狀記憶效應(yīng)形狀記憶合金的形狀記憶效應(yīng)按形狀恢復(fù)情況可以分為三類：單程形狀記憶效應(yīng)雙程形狀記憶效應(yīng)全程記憶效應(yīng)形狀記憶效應(yīng)的三種形式(a)單程(b)雙程(c)全程冷卻第十頁，編輯于星期六：十八點(diǎn)十一分。第10頁，共61頁。單程記憶效應(yīng)將母相在高溫下制成某種形狀，再將母相冷卻，使之發(fā)生馬氏體相變，然后對(duì)馬氏體進(jìn)行任意變形；當(dāng)溫度升至Af點(diǎn)，馬氏體完全消失，材料恢復(fù)母相形狀，重新冷卻時(shí)不能恢復(fù)低溫相時(shí)的形狀。雙程記憶效應(yīng)加熱時(shí)恢復(fù)高溫相形狀，冷卻時(shí)恢復(fù)低溫相形狀，通過溫度升降自發(fā)可逆地反復(fù)恢復(fù)高低溫相形狀的現(xiàn)象稱為雙程記憶效應(yīng)，又稱可逆記憶效應(yīng)。全程形狀記憶效應(yīng)加熱時(shí)恢復(fù)高溫形狀，冷卻時(shí)變?yōu)樾螤钕嗤∠蛳喾吹母邷叵嗟默F(xiàn)象。第十一頁，編輯于星期六：十八點(diǎn)十一分。第11頁，共61頁。（a）馬氏體狀態(tài)下未變形（b）馬氏體狀態(tài)下已變形（c）放入熱水中，高溫下恢復(fù)奧氏體狀態(tài)，形狀完全恢復(fù)單程TiNi記憶合金彈簧的動(dòng)作變化情況第十二頁，編輯于星期六：十八點(diǎn)十一分。第12頁，共61頁。沒放入熱水前放入熱水后冷卻至室溫后再次放入熱水后雙程CuZnAl記憶合金花的動(dòng)作變化情況第十三頁，編輯于星期六：十八點(diǎn)十一分。第13頁，共61頁。把受過強(qiáng)迫時(shí)效的四條薄帶在其中心位置上以45度的夾角捆扎在一起，在約100℃開水中(加熱)呈現(xiàn)具有凸透鏡曲率的近圓形，如a所示；從開水中緩慢提起來時(shí)自行變化成b形狀；完全提上來且于室溫下時(shí)，變化成近直線形狀c；ac之間的自發(fā)形變是由奧氏體向馬氏體相變引起。TiNi合金的全程記憶效應(yīng)（100℃-室溫）第十四頁，編輯于星期六：十八點(diǎn)十一分。第14頁，共61頁。浸泡在冰水中時(shí)，下部變化成d形狀；在干冰-酒精液中冷卻到約-40℃時(shí)(冷卻，奧氏體全部轉(zhuǎn)變成馬氏體)變化成e形狀，同a相比完全是其相反的形狀；再次返回到開水(重新加熱，馬氏體全部轉(zhuǎn)變成奧氏體)中時(shí)，立刻變化成f形狀，其形狀與a完全相同。TiNi合金的全程記憶效應(yīng)（低溫-100℃）第十五頁，編輯于星期六：十八點(diǎn)十一分。第15頁，共61頁。形狀記憶合金特性集傳感、驅(qū)動(dòng)、控制、換能于一身機(jī)械性質(zhì)優(yōu)良，能恢復(fù)的形變可高達(dá)10％，而一般金屬材料只有0.1％以下有確定的轉(zhuǎn)變溫度鎳~鈦50℃在加熱時(shí)產(chǎn)生的回復(fù)應(yīng)力非常大，可達(dá)500MPa對(duì)環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)，不受溫度以外的其他因素影響無振動(dòng)噪聲，無污染抗疲勞回憶變形500萬次不疲勞變形第十六頁，編輯于星期六：十八點(diǎn)十一分。第16頁，共61頁。鋼淬火變硬的現(xiàn)象圖5.1馬氏體相變晶體學(xué)模型f.c.c.b.c.c馬氏體相變二、形狀記憶效應(yīng)的機(jī)理(Mechanism)

第十七頁，編輯于星期六：十八點(diǎn)十一分。第17頁，共61頁。馬氏體相變當(dāng)母相奧氏體快速冷卻時(shí)，奧氏體轉(zhuǎn)變成片狀或針狀新相，新相為體心四方結(jié)構(gòu)，與母相的結(jié)構(gòu)不同，但新相與母相的成分卻相同。為了紀(jì)念德國冶金專家馬丁(A.Martens)在金相研究方面的貢獻(xiàn)，人們把鋼經(jīng)高溫淬火后形成的相叫做馬氏體相。從奧氏體到馬氏體的轉(zhuǎn)變叫做馬氏體相變，馬氏體相變是無擴(kuò)散型相變。第十八頁，編輯于星期六：十八點(diǎn)十一分。第18頁，共61頁。普通的馬氏體相變是鋼的淬火強(qiáng)化方法，即把鋼加熱到某個(gè)臨界溫度以上保溫一段時(shí)間，然后迅速冷卻，鋼轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N馬氏體結(jié)構(gòu)，并使鋼硬化。馬氏體相變奧氏體(A)馬氏體(M)圖445＃鋼淬火工藝曲線AM鋼的馬氏體相變不可逆冷卻加熱馬氏體回火，析出強(qiáng)化第十九頁，編輯于星期六：十八點(diǎn)十一分。第19頁，共61頁。降溫過程中，奧氏體將轉(zhuǎn)變成馬氏體。馬氏體轉(zhuǎn)變開始和終了溫度分別以Ms、Mf表示；加熱過程中，馬氏體逆相變開始和終了溫度分別以As、Af表示。對(duì)于不同材料，這些特征溫度不同。馬氏體逆相變中存在熱滯后現(xiàn)象，使得As大于Ms。按As-Ms的大小和馬氏體的生長特征將馬氏體相變分成非熱彈性馬氏體相變和熱彈性馬氏體相變兩類。由于馬氏體和奧氏體具有不同的電阻率，因此可以用電阻測量的方法來測量在升溫、降溫過程中馬氏體量的變化。熱彈性馬氏體相變第二十頁，編輯于星期六：十八點(diǎn)十一分。第20頁，共61頁。下圖是Fe-Ni、Au-Cd兩類合金馬氏體相變時(shí)的電阻變化，顯然，F(xiàn)e-Ni合金與Au-Cd合金的相變屬于兩種不同性質(zhì)的馬氏體相變。Fe-Ni合金的相變?yōu)榉菬釓椥择R氏體相變，而Au-Cd合金的相變屬熱彈性馬氏體相變。第二十一頁，編輯于星期六：十八點(diǎn)十一分。第21頁，共61頁。非熱彈性馬氏體相變非熱彈性馬氏體的熱滯后現(xiàn)象嚴(yán)重，As與Ms相差數(shù)百度，如Fe-Ni合金As-Ms約400℃。連續(xù)冷卻中不斷形成馬氏體，而且每個(gè)馬氏體片都是以極快的速率長到最后大小，進(jìn)一步降溫中，馬氏體片不再長大。馬氏體生長速率，也就是相界推進(jìn)速率，與冷卻速率無關(guān)。馬氏體量由成核率和馬氏體片的大小來確定，與馬氏體片的生長速率無關(guān)，相變速率是降溫速率的函數(shù)。第二十二頁，編輯于星期六：十八點(diǎn)十一分。第22頁，共61頁。Au-Cd合金的相變屬熱彈性馬氏體相變，相變溫度滯后很小，As-Ms約10℃，馬氏體核心以突發(fā)式成核并長到一定大小，馬氏體相和母相間保持著彈性平衡。溫度下降時(shí)，相變化學(xué)自由能增大，馬氏體長大的推動(dòng)力增大，馬氏體片的厚度、大小繼續(xù)增加，同時(shí)也可能形成新的馬氏體核心。相變速率不僅與成核率有關(guān)，也與馬氏體成長速率有關(guān)，馬氏體生長速率受冷卻速率的控制。熱彈性馬氏體相變第二十三頁，編輯于星期六：十八點(diǎn)十一分。第23頁，共61頁。24反之，如果升高溫度或取消外應(yīng)力，則轉(zhuǎn)變就向相反的方向進(jìn)行，即馬氏體逆轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體，馬氏體片就縮小，甚至完全消失。在這種情況下，只要馬氏體界面上的共格性未被破壞，則馬氏體片可隨著驅(qū)動(dòng)力的改變而反復(fù)發(fā)生長大或縮小。具有這種特征的馬氏體稱為“熱彈性馬氏體”。

具有熱彈性馬氏體轉(zhuǎn)變的合金會(huì)產(chǎn)生“超彈性”和“形狀記憶效應(yīng)”。第二十四頁，編輯于星期六：十八點(diǎn)十一分。第24頁，共61頁。在某些合金中發(fā)現(xiàn)熱彈性馬氏體相變：馬氏體一旦生成可以隨著溫度降低繼續(xù)長大，當(dāng)溫度回升時(shí)，長大的馬氏體又可以縮小，直至恢復(fù)到原來的母相狀態(tài)，即馬氏體隨著溫度的變化可以可逆地長大或縮小——熱彈性馬氏體AM可逆性冷卻加熱母相馬氏體第二十五頁，編輯于星期六：十八點(diǎn)十一分。第25頁，共61頁。形狀記憶機(jī)理：（1）熱彈性馬氏體相變奧氏體相體心立方晶體結(jié)構(gòu)的CsCl相馬氏體相(M)低對(duì)稱性的單斜晶體結(jié)構(gòu)高溫低溫降溫升溫

形狀記憶效應(yīng)是由于合金中發(fā)生了熱彈性(或應(yīng)力誘發(fā))馬氏體相變。熱彈性馬氏體和應(yīng)力誘發(fā)馬氏體統(tǒng)稱為彈性馬氏體。只有彈性馬氏體相變才能產(chǎn)生形狀記憶效應(yīng)。第二十六頁，編輯于星期六：十八點(diǎn)十一分。第26頁，共61頁。Ms——冷卻時(shí)產(chǎn)生熱彈性馬氏體的起始溫度Mf——冷卻時(shí)轉(zhuǎn)變的終止溫度As——升溫時(shí)逆轉(zhuǎn)變的起始溫度Af——逆轉(zhuǎn)變終止溫度熱彈性馬氏體隨溫度變化的相變過程0溫度馬氏體低溫相奧氏體母相AsAfMsMf電阻圖7隨溫度變化發(fā)生馬氏體相變時(shí)電阻的變化降溫升溫第二十七頁，編輯于星期六：十八點(diǎn)十一分。第27頁，共61頁。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(diǎn)陣結(jié)構(gòu)；馬氏體點(diǎn)陣的不變切變?yōu)閷\生，亞結(jié)構(gòu)為孿晶或?qū)渝e(cuò)；馬氏體相變?cè)诰w學(xué)上是可逆的。第二十八頁，編輯于星期六：十八點(diǎn)十一分。第28頁，共61頁。應(yīng)力誘發(fā)馬氏體相變與超彈性超彈性(superelasticity)變形

對(duì)母相狀態(tài)的樣品在Af溫度以上施加外力，隨外力增加，樣品首先發(fā)生遵循虎克(Hook)定律的彈性變形。應(yīng)力超過彈性極限后，隨應(yīng)力的緩慢增加，樣品的應(yīng)變顯著增加，在一定的應(yīng)變范圍內(nèi)卸載，應(yīng)變會(huì)完全消失，如同彈性變形，但其應(yīng)變量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出通常意義上的彈性變形，稱之為超彈性變形。其實(shí)質(zhì)與彈性變形不同，故又稱它為偽彈性(pseudoelasticity，PE)變形或者贗彈性。第二十九頁，編輯于星期六：十八點(diǎn)十一分。第29頁，共61頁。應(yīng)力誘發(fā)馬氏體相變超彈性變形是由應(yīng)力誘發(fā)馬氏體相變導(dǎo)致的。隨外加應(yīng)力的增加，在應(yīng)力作用下母相與馬氏體間處于平衡的溫度T0(σ)增加，Ms和Af也相應(yīng)增加。當(dāng)Ms超過環(huán)境溫度時(shí)，母相開始相變?yōu)轳R氏體。隨應(yīng)力的增加，Ms高于環(huán)境溫度的幅度更大，馬氏體轉(zhuǎn)變的量隨之增加，即馬氏體由應(yīng)力誘發(fā)而形成，發(fā)生了應(yīng)力誘發(fā)馬氏體相變。卸除外力，合金的相變點(diǎn)降低，回復(fù)到應(yīng)力為零時(shí)的相變點(diǎn)。由于此時(shí)合金的Af點(diǎn)低于環(huán)境溫度，馬氏體逆轉(zhuǎn)變回母相，樣品的變形隨之消失，顯示出超彈性。第三十頁，編輯于星期六：十八點(diǎn)十一分。第30頁，共61頁。Af溫度以上的母相狀態(tài)樣品簡單拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線第三十一頁，編輯于星期六：十八點(diǎn)十一分。第31頁，共61頁。三、形狀記憶合金材料

(SMAMaterials)

已發(fā)現(xiàn)的形狀記憶合金種類很多，可以分為Ti-Ni系、銅系、鐵系合金三大類。目前已實(shí)用化的形狀記憶合金只有Ti-Ni系合金和銅系合金。第三十二頁，編輯于星期六：十八點(diǎn)十一分。第32頁，共61頁。（1）Ti-Ni基形狀記憶合金具有豐富的相變現(xiàn)象、優(yōu)異的形狀記憶和超彈性性能、良好的力學(xué)性能、耐腐蝕性、生物相容性以及高阻尼特性；研究最全面、記憶性好、實(shí)用性強(qiáng)的形狀記憶合金材料，是目前應(yīng)用最為廣泛的形狀記憶材料；應(yīng)用范圍：航天、航空、機(jī)械、電子、交通、建筑、能源、生物醫(yī)學(xué)及日常生活等領(lǐng)域。缺點(diǎn)：制造過程較復(fù)雜，價(jià)格較昂貴。第三十三頁，編輯于星期六：十八點(diǎn)十一分。第33頁，共61頁。（2）銅基形狀記憶合金由Cu-Zn和Cu-Al兩個(gè)二元系發(fā)展而來；種類較多：Cu-Zn-Al基、Cu-Al-Ni基；Cu-Al-Mn系列；優(yōu)點(diǎn)：價(jià)格便宜，易于加工制造；缺點(diǎn)：形狀記憶效應(yīng)和強(qiáng)度較低；穩(wěn)定性及耐疲勞性能差；不具有生物相容性。第三十四頁，編輯于星期六：十八點(diǎn)十一分。第34頁，共61頁。TiNi合金與CuZnAl合金性能對(duì)比第三十五頁，編輯于星期六：十八點(diǎn)十一分。第35頁，共61頁。（3）Fe基記憶合金優(yōu)點(diǎn)：強(qiáng)度高、塑性好、易加工、價(jià)格低廉、使用方便。最具價(jià)值和應(yīng)用前景的系統(tǒng)：FeMnSiCrNi系FeNiCoTi系第三十六頁，編輯于星期六：十八點(diǎn)十一分。第36頁，共61頁。形狀記憶合金的制備形狀記憶處理形狀記憶合金的制備通常是先制備合金錠，之后進(jìn)行熱軋、模鍛、擠壓，然后進(jìn)行冷加工。為把形狀記憶合金用做元件，有必要使它記住給定形狀。形狀記憶處理(一定的熱處理)是實(shí)現(xiàn)合金形狀記憶功能方面不可或缺，至關(guān)重要的一環(huán)。第三十七頁，編輯于星期六：十八點(diǎn)十一分。第37頁，共61頁。TiNi合金單程形狀記憶處理單程記憶處理方法有三種中溫處理低溫處理時(shí)效處理中溫處理是將軋制或拉絲加工后充分加工硬化的合金成形成給定形狀，在400-500℃溫度下保溫兒分鐘到幾小時(shí)，使之記住形狀的方法。此方法由于工藝簡單而被廣泛采用。第三十八頁，編輯于星期六：十八點(diǎn)十一分。第38頁，共61頁。低溫處理是在高于800℃的溫度下保溫后進(jìn)行完全退火，然后在室溫下制成特定形狀，在200-300℃的低溫下保溫一定時(shí)間，以記憶其形狀的方法。由于在完全退火的軟狀態(tài)下進(jìn)行加工，有利于合金記住復(fù)雜形狀或曲率很小的形狀。時(shí)效處理是一種在800-1000℃溫度下固溶處理后進(jìn)行淬火，然后在400-500℃的溫度下進(jìn)行幾小時(shí)時(shí)效處理的方法。只對(duì)Ni含量高于50.5at％的富Ni合金有效。第三十九頁，編輯于星期六：十八點(diǎn)十一分。第39頁，共61頁。TiNi合金雙程記憶處理合金具有雙程記憶效應(yīng)是因?yàn)楹辖鹬写嬖诜较蛐缘膽?yīng)力場或晶體缺陷，相變時(shí)馬氏體容易在這種缺陷處形核，同時(shí)發(fā)生擇優(yōu)生長。通過記憶訓(xùn)練(強(qiáng)制變形)獲得雙程記憶能力：先獲得單程記憶效應(yīng)，記憶高溫相的形狀；隨后在低于Ms溫度，根據(jù)需要形狀進(jìn)行一定限度的可恢復(fù)變形；加熱到As以上溫度，試樣恢復(fù)到高溫態(tài)形狀后，又降低到Ms以下，再變形試件，使之成為低溫所需形狀；如此反復(fù)多次后，就可獲得雙向記憶效應(yīng)。第四十頁，編輯于星期六：十八點(diǎn)十一分。第40頁，共61頁。TiNi合金全程記憶處理全程記憶效應(yīng)的出現(xiàn)是由于與基體共格的Ti11Ni14析出相產(chǎn)生的某種固定的內(nèi)應(yīng)力所導(dǎo)致，應(yīng)力場控制了馬氏體可逆相變的路徑，使馬氏體的可逆相變按固定路徑進(jìn)行。全程記憶處理的關(guān)鍵是限制性時(shí)效，必須根據(jù)需要選擇合適的約束時(shí)效工藝。第四十一頁，編輯于星期六：十八點(diǎn)十一分。第41頁，共61頁。形狀記憶合金使用中的問題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(shí)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(shí)，TiNi合金約為6％，CuZnAl合金約為2％；循環(huán)使用次數(shù)多時(shí)，分別低于2％和0.5％。TiNi形狀記憶合金的應(yīng)力應(yīng)變曲線第四十二頁，編輯于星期六：十八點(diǎn)十一分。第42頁，共61頁。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(diǎn)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(shí)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(shí)間分別置于250℃和90℃以上的溫度時(shí)，不管載荷大小如何，都出現(xiàn)不良影響。第四十三頁，編輯于星期六：十八點(diǎn)十一分。第43頁，共61頁。

四、形狀記憶合金的應(yīng)用(Applications)第四十四頁，編輯于星期六：十八點(diǎn)十一分。第44頁，共61頁。在結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制方面的應(yīng)用●被動(dòng)控制:利用形狀記憶合金的超彈性效應(yīng)和高阻尼特性——耗能阻尼器。應(yīng)用:做成阻尼器用于橋梁和框架等結(jié)構(gòu)的抗震。小震：彈性特性與普通金屬相似;

大震：超彈性大變形能力—有效消耗地震能量，并可利用其記憶效應(yīng)使變形恢復(fù)。變形能力(彈性應(yīng)變)形狀記憶合金普通金屬材料耗能能力比阻尼(材料振幅衰減比的平方)7％0.2％40％6％遠(yuǎn)大于第四十五頁，編輯于星期六：十八點(diǎn)十一分。第45頁，共61頁?！裰鲃?dòng)控制：在結(jié)構(gòu)材料中加入SMA驅(qū)動(dòng)元件，利用SMA的形狀記憶效應(yīng)所產(chǎn)生的回復(fù)力，以及SMA的彈性模量隨溫度變化的特性，對(duì)結(jié)構(gòu)的振動(dòng)產(chǎn)生主動(dòng)阻尼來減小振動(dòng)，增加結(jié)構(gòu)的等效剛度，控制結(jié)構(gòu)的諧振頻率，使結(jié)構(gòu)避開共振，對(duì)共振狀態(tài)下的振動(dòng)抑制效果明顯。主要對(duì)象：一維構(gòu)件如梁和桿等。對(duì)埋入SMA絲的懸臂梁：振動(dòng)振幅下降超過50％。適用振動(dòng)頻率范圍：低頻。第四十六頁，編輯于星期六：十八點(diǎn)十一分。第46頁，共61頁。在形狀自適應(yīng)結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用飛機(jī)機(jī)翼：產(chǎn)生彎曲和扭轉(zhuǎn)，改變形狀和迎角，以增加或減少空氣動(dòng)力，達(dá)到自動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)翼空氣動(dòng)力特性的目的。直升機(jī)智能轉(zhuǎn)子系統(tǒng)：對(duì)旋翼葉片的彎曲、扭轉(zhuǎn)、翼型進(jìn)行主動(dòng)控制，改進(jìn)整個(gè)旋翼的空氣動(dòng)力性能和結(jié)構(gòu)動(dòng)力性能；水下的潛艇、魚雷：自動(dòng)選取最佳的表面形狀，大大減少前進(jìn)中的阻力，提高航速；智能蒙皮：第四十七頁，編輯于星期六：十八點(diǎn)十一分。第47頁，共61頁。工業(yè)應(yīng)用-宇航天線NiTi形狀記憶合金折疊發(fā)射自動(dòng)張開的宇航天線原理圖第四十八頁，編輯于星期六：十八點(diǎn)十一分。第48頁，共61頁。宇航天線可由NiTi合金絲制成。將TiNi合金天線冷至低溫，使其轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體；將TiNi合金板或棒變形加工成竹筍狀或旋渦狀發(fā)條，收縮后安裝在衛(wèi)星內(nèi)；衛(wèi)星進(jìn)入軌道后，團(tuán)狀天線彈出，在太陽照射下，溫度升高到As以上，團(tuán)狀天線自動(dòng)張開，恢復(fù)到原來形狀；溫度升高到Af溫度以上時(shí)，完全恢復(fù)到原來的形狀，天線向宇宙空間撐開。美國宇航局根據(jù)達(dá)一想法研制了安放在月球表面上的拋物面天線組件。第四十九頁，編輯于星期六：十八點(diǎn)十一分。第49頁，共61頁。連接件和緊固件形狀記憶合金管接頭用相變點(diǎn)約-150℃的TiNiFe合金制備。合金內(nèi)徑加工成比被接管徑約小4-5％，把管接頭浸泡在液態(tài)空氣中，在低溫狀態(tài)下使內(nèi)徑擴(kuò)大約7-8%，擴(kuò)徑后管接頭用保溫材料保持低溫，被接管從管接頭兩側(cè)插入，去掉保溫材料，管接頭溫度上升到室溫，內(nèi)徑恢復(fù)到擴(kuò)徑前狀態(tài)，牢牢箍緊被接管。形狀記憶管接頭第五十頁，編輯于星期六：十八點(diǎn)十一分。第50頁，共61頁。形狀記憶合金管接頭具有高度的可靠性，不需熔焊的高溫高熱，不會(huì)損害周圍材料，在低溫下易拆卸，便于檢修檢查。這種管接頭在F-14戰(zhàn)斗機(jī)上使用了10萬個(gè)以上，從未出現(xiàn)過漏油等事故。這類管接頭在核潛艇的管路連接上也可大量應(yīng)用。150mm大口徑管接頭在海底輸油管道及其修補(bǔ)工程上得到應(yīng)用。F14戰(zhàn)斗機(jī)戰(zhàn)略核潛艇第五十一頁，編輯于星期六：十八點(diǎn)十一分。第51頁，共61頁。密閉中空結(jié)構(gòu)件中很難進(jìn)行緊固操作，形狀記憶緊固鉚釘依靠形狀恢復(fù)可進(jìn)行這種操作。Af點(diǎn)低于室溫的合金用來制造緊固鉚釘，尾部形狀記憶處理成開口形狀；進(jìn)行緊固操作前，把緊固鉚釘浸泡在干冰或液態(tài)空氣中進(jìn)行充分冷卻，然后把尾部拉直；插入被緊固孔；溫度回升后產(chǎn)生形狀恢復(fù)，鉚釘尾部叉開把物體固緊。(a)開口(b)拉直(c)插入(d)加熱形狀記憶緊固螺釘?shù)谖迨?，編輯于星期六：十八點(diǎn)十一分。第52頁，共61頁。智能機(jī)器人形狀記憶合金可制成驅(qū)動(dòng)器、控制器等應(yīng)用在智能機(jī)器人中。形狀記憶驅(qū)動(dòng)器通過適當(dāng)加熱和控制，可完成往返或旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，兼之具