馬氏體相變與形狀記憶效應(yīng)

1、1 G(T) PM母相母相轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體馬氏體的自由能變化；的自由能變化； Gc PM母相母相轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體馬氏體的的化學(xué)驅(qū)動力化學(xué)驅(qū)動力( Gc PM=GM-GP )； Gnc 非化學(xué)驅(qū)動力非化學(xué)驅(qū)動力:主要是相變時新舊相主要是相變時新舊相體積變化體積變化而產(chǎn)生的而產(chǎn)生的應(yīng)變能應(yīng)變能,它它 正比于正比于馬氏體體積的馬氏體體積的1/2次方；次方； Gs彈性應(yīng)變能以外的彈性應(yīng)變能以外的 相變阻力相變阻力，近似看作，近似看作定值定值 右圖中右圖中:T0是母相與馬氏體相是母相與馬氏體相 吉布斯自由能相等的溫度，吉布斯自由能相等的溫度， 即即兩相處于平衡的溫度兩相處于平衡的溫度 馬氏體形成：驅(qū)

2、動力必須馬氏體形成：驅(qū)動力必須 克服相變阻力，即：克服相變阻力，即： Gc PMGnc PM + Gs 即相變要有即相變要有過冷度過冷度 馬氏體轉(zhuǎn)變開始的溫馬氏體轉(zhuǎn)變開始的溫 度：度：Ms Gc PM 2 對于一些材料，對于一些材料，如鋼如鋼，相變時，相變時應(yīng)變能應(yīng)變能等相變阻力較高，需要等相變阻力較高，需要很大的過冷度很大的過冷度. 有一些合金，有一些合金，相變阻力較小相變阻力較小，相變時，相變時應(yīng)變能應(yīng)變能在合金的在合金的彈性應(yīng)變能范圍彈性應(yīng)變能范圍內(nèi)內(nèi), 只需只需 較小的驅(qū)動力，即較小的驅(qū)動力，即較小的過冷度較小的過冷度, 就開始形成馬氏體就開始形成馬氏體. 對這些合金：對這些合金： 隨

3、著馬氏體的形成，彈性應(yīng)變能隨著馬氏體的形成，彈性應(yīng)變能 ，需溫度需溫度 ，化學(xué)驅(qū)動力，化學(xué)驅(qū)動力 ，母相母相 馬氏體馬氏體 溫度溫度 ，化學(xué)驅(qū)動力，化學(xué)驅(qū)動力 ，彈性應(yīng)變能彈性應(yīng)變能驅(qū)動逆轉(zhuǎn)變驅(qū)動逆轉(zhuǎn)變：馬氏體：馬氏體母相母相 相變中，冷卻時馬氏體長大，加熱時馬氏體縮小馬氏體的長大和縮相變中，冷卻時馬氏體長大，加熱時馬氏體縮小馬氏體的長大和縮 小小受熱效應(yīng)（化學(xué)驅(qū)動力）受熱效應(yīng)（化學(xué)驅(qū)動力）和和彈性效應(yīng)彈性效應(yīng)兩個平衡條件的制約這種由兩個平衡條件的制約這種由 熱效應(yīng)熱效應(yīng)與與彈性效應(yīng)彈性效應(yīng)之間的平衡控制的馬氏體相變稱之間的平衡控制的馬氏體相變稱熱彈性馬氏體相變，熱彈性馬氏體相變， 其產(chǎn)物稱其

4、產(chǎn)物稱熱彈性馬氏體熱彈性馬氏體 由于由于熱彈性馬氏體相變熱彈性馬氏體相變的應(yīng)變能在的應(yīng)變能在彈性應(yīng)變能范圍內(nèi)彈性應(yīng)變能范圍內(nèi)，相變的過冷度，相變的過冷度 很小，熱彈性馬氏體相變是很小，熱彈性馬氏體相變是可逆相變可逆相變 用電阻法測得的熱彈性馬氏體隨溫度變化的相變過程：用電阻法測得的熱彈性馬氏體隨溫度變化的相變過程： 3 發(fā)生相變時，電阻隨溫度的變化發(fā)生相變時，電阻隨溫度的變化 偏離線性關(guān)系偏離線性關(guān)系. 馬氏體轉(zhuǎn)變開始馬氏體轉(zhuǎn)變開始、終了終了溫溫 度：度：Ms 、 Mf; 馬氏體逆轉(zhuǎn)變開始馬氏體逆轉(zhuǎn)變開始、終了終了 溫度：溫度：As、Af 定義：定義：As與與Ms的差的差為為熱熱 滯后滯后(A

5、sMs)，表征馬氏，表征馬氏 體體逆相變逆相變相對于馬氏體相相對于馬氏體相 變的變的滯后滯后 Mf Af As Ms 20C 4 形狀記憶效應(yīng)形狀記憶效應(yīng)： 將一定形狀的記憶合金試樣冷卻到將一定形狀的記憶合金試樣冷卻到Mf點以下點以下 進行一定限度的進行一定限度的變形變形卸卸 去載荷，變形被保留下來去載荷，變形被保留下來 將變形了的試樣加熱到將變形了的試樣加熱到As點以上，試樣開始恢復(fù)變形前的形狀加熱到點以上，試樣開始恢復(fù)變形前的形狀加熱到 Af點點，試樣，試樣恢復(fù)變形前的形狀恢復(fù)變形前的形狀 形狀記憶效應(yīng)中形狀記憶效應(yīng)中變形變形是在是在馬氏體相的變形馬氏體相的變形形狀記憶效應(yīng)中形狀記憶效應(yīng)中

6、變形的恢復(fù)變形的恢復(fù) 對應(yīng)于馬氏體逆轉(zhuǎn)變對應(yīng)于馬氏體逆轉(zhuǎn)變回母相回母相 Ms、As、Mf、Af表征記憶合金熱彈性馬氏體相變的表征記憶合金熱彈性馬氏體相變的特征溫度特征溫度，也是形，也是形 狀記憶過程中變形及形狀恢復(fù)的特征溫度狀記憶過程中變形及形狀恢復(fù)的特征溫度熱滯后熱滯后(AsMs)也是記憶合也是記憶合 金的一個金的一個重要參量重要參量 5 二形狀記憶效應(yīng)的晶體學(xué)機制二形狀記憶效應(yīng)的晶體學(xué)機制 形狀記憶合金有三個特征：形狀記憶合金有三個特征： 合金能夠發(fā)生合金能夠發(fā)生熱彈性馬氏體相變熱彈性馬氏體相變； 母相和馬氏體的晶體結(jié)構(gòu)通常母相和馬氏體的晶體結(jié)構(gòu)通常均為均為有序有序的的(所謂有序結(jié)構(gòu)所謂有

7、序結(jié)構(gòu), 即即溶質(zhì)原子溶質(zhì)原子在在 晶格點陣中晶格點陣中有固定位置有固定位置)； 母相的晶體結(jié)構(gòu)具有較高的母相的晶體結(jié)構(gòu)具有較高的對稱性對稱性，而馬氏體的晶體結(jié)構(gòu)具有較低的對，而馬氏體的晶體結(jié)構(gòu)具有較低的對 稱性稱性 Otsuka，Shimizu和和Wayman等人以上面三個特征為基礎(chǔ)，建立了形狀記憶效等人以上面三個特征為基礎(chǔ)，建立了形狀記憶效 應(yīng)晶體學(xué)模型應(yīng)晶體學(xué)模型 Cu-Zn-Al記憶合金記憶合金: 母相母相- 相相, 視其成分的不同視其成分的不同, 其晶體結(jié)構(gòu)為其晶體結(jié)構(gòu)為: B2(CsCl)或或DO3(Fe3Al) 6 但但馬氏體的晶體結(jié)構(gòu)復(fù)雜多樣馬氏體的晶體結(jié)構(gòu)復(fù)雜多樣：有：有2H

8、、3R、6R、9R、18R(Ramsdel符號符號)等等 不同結(jié)構(gòu)，它們都屬密排堆垛結(jié)構(gòu)不同結(jié)構(gòu)，它們都屬密排堆垛結(jié)構(gòu). 當(dāng)母相是當(dāng)母相是B2型有序結(jié)構(gòu)時型有序結(jié)構(gòu)時，馬氏體的晶體結(jié)構(gòu)可看成是以圖，馬氏體的晶體結(jié)構(gòu)可看成是以圖4-5 a) 第一行所第一行所 示（下頁）的密排面為底面沿示（下頁）的密排面為底面沿z方向按一定方式的堆垛方向按一定方式的堆垛. 為保證密排堆垛結(jié)構(gòu)，為保證密排堆垛結(jié)構(gòu)，堆垛時必須按照以下的規(guī)則：若第一層的原點在堆垛時必須按照以下的規(guī)則：若第一層的原點在A， 則第二層的原點可放在則第二層的原點可放在B或或C . 若第二層的原點在若第二層的原點在B，則第三層的原點可放，則第

9、三層的原點可放 在在A或或C，以此類推，以此類推. 當(dāng)堆垛的順序是當(dāng)堆垛的順序是ABABAB時是時是2H結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) . 當(dāng)堆垛的順序是當(dāng)堆垛的順序是ABCABC時是時是3R結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu). 當(dāng)堆垛的順序是當(dāng)堆垛的順序是ABCBCACABABCBCACAB時是時是9R結(jié)構(gòu)，如圖結(jié)構(gòu)，如圖4- 5b)所示所示 . 當(dāng)母相是當(dāng)母相是DO3結(jié)構(gòu)時結(jié)構(gòu)時，馬氏體相晶體馬氏體相晶體相鄰的兩個密排面的原子相鄰的兩個密排面的原子有序不同有序不同，分，分 別以別以A和和A 表示表示. 6R結(jié)構(gòu)的堆垛的順序結(jié)構(gòu)的堆垛的順序: AB CA BC AB CA BC ， 18R結(jié)構(gòu)的堆垛的順序結(jié)構(gòu)的堆垛的順序: AB CB C

10、A CA BA BC BC AC AB 。 馬氏體的晶體結(jié)構(gòu)屬馬氏體的晶體結(jié)構(gòu)屬正交或單斜晶系正交或單斜晶系，對稱性較低對稱性較低. 7 對于對于Cu-Zn-Al合金，合金，母相與馬氏體間取向關(guān)系母相與馬氏體間取向關(guān)系： 111p / 210M， (110)p偏離偏離(001)M約約4 MP )821/()011 ( 8 母相母相具有立方晶系具有立方晶系高對稱性高對稱性: 110 晶面組的晶面組的6個晶面?zhèn)€晶面: (110), , (101), , (011), 等效等效; 晶向組的晶向組的4個晶向：個晶向：111、 、 、 等效等效. 按六個等效晶面、四個等效晶向組合，共有按六個等效晶面、四

11、個等效晶向組合，共有24個等效取向關(guān)系個等效取向關(guān)系. 單晶母相單晶母相中形成馬氏體時，馬氏體按這中形成馬氏體時，馬氏體按這24個等效取向關(guān)系形成，獲得個等效取向關(guān)系形成，獲得24 個不同位向的馬氏體，個不同位向的馬氏體，每個位向的馬氏體每個位向的馬氏體稱為稱為馬氏體的一個變體馬氏體的一個變體 馬氏體對稱性低馬氏體對稱性低，128晶面組的各個晶面不等效，晶面組的各個晶面不等效， 晶向組的各個晶晶向組的各個晶 向也不等效向也不等效. 由馬氏體逆轉(zhuǎn)變回母相時，沒有多個等效的取向關(guān)系馬氏體只能按其在由馬氏體逆轉(zhuǎn)變回母相時，沒有多個等效的取向關(guān)系馬氏體只能按其在母母 相中形成的取向關(guān)系相中形成的取向關(guān)

12、系逆轉(zhuǎn)變回母相逆轉(zhuǎn)變回母相這樣，馬氏體逆轉(zhuǎn)變完成后，這樣，馬氏體逆轉(zhuǎn)變完成后，母相母相在晶在晶 體學(xué)上回復(fù)到馬氏體相變前的狀態(tài)這一體學(xué)上回復(fù)到馬氏體相變前的狀態(tài)這一晶體學(xué)上的回復(fù)晶體學(xué)上的回復(fù)以及以及相變熱力學(xué)上相變熱力學(xué)上 的可逆性的可逆性是是形狀記憶效應(yīng)的基礎(chǔ)形狀記憶效應(yīng)的基礎(chǔ) 形成馬氏體時，形成馬氏體時，不同取向的馬氏體變體的不同取向的馬氏體變體的應(yīng)變應(yīng)變在母相中的在母相中的方向不同方向不同馬氏體馬氏體 相變時，為降低應(yīng)變能，新變體的應(yīng)變方向與已形成變體的應(yīng)變場相變時，為降低應(yīng)變能，新變體的應(yīng)變方向與已形成變體的應(yīng)變場互相抵消互相抵消 或部分抵消這稱為或部分抵消這稱為熱彈性馬氏體相變的自

13、適應(yīng)現(xiàn)象熱彈性馬氏體相變的自適應(yīng)現(xiàn)象母相按母相按自協(xié)作方式自協(xié)作方式完完 全轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體后，總的應(yīng)變能最低，試樣的全轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體后，總的應(yīng)變能最低，試樣的宏觀形狀無明顯變化宏觀形狀無明顯變化 )011 ()110()101( 111 111 1 111 9 馬氏體片群馬氏體片群, A、B、C、 D表示表示 4 種馬氏體變體種馬氏體變體 )101( （100） DB AC 在母相在母相1個個110極點周圍極點周圍, 圍繞圍繞4個馬氏體慣習(xí)面?zhèn)€馬氏體慣習(xí)面 法線法線, 這這4個馬氏體變體形成個馬氏體變體形成1個片群個片群, 共形成共形成6個自個自 適應(yīng)的馬氏體片群適應(yīng)的馬氏體片群 10 11 在外

14、力作用下在外力作用下, 可以把可以把馬氏體相變自適應(yīng)馬氏體相變自適應(yīng)相互抵消的變形相互抵消的變形提供出來提供出來. 對組織為對組織為自適應(yīng)馬氏體自適應(yīng)馬氏體的試樣的試樣施加外力施加外力時，在較小應(yīng)力作用下，馬氏體變體時，在較小應(yīng)力作用下，馬氏體變體 發(fā)生發(fā)生再取向過程再取向過程應(yīng)變方向與應(yīng)變方向與外加應(yīng)力方向最接近的變體外加應(yīng)力方向最接近的變體，通過吞并其它應(yīng)，通過吞并其它應(yīng) 變方向與外加應(yīng)力不相適應(yīng)的變體而長大，使試樣內(nèi)各個不同取向的變體最變方向與外加應(yīng)力不相適應(yīng)的變體而長大，使試樣內(nèi)各個不同取向的變體最 終終轉(zhuǎn)變成一個變體轉(zhuǎn)變成一個變體至此，由至此，由 母相轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體所產(chǎn)生的母相轉(zhuǎn)變?yōu)轳R

15、氏體所產(chǎn)生的 相變應(yīng)變相變應(yīng)變都都沿外加應(yīng)力方向沿外加應(yīng)力方向 累積了起來累積了起來，試樣顯示出宏，試樣顯示出宏 觀形狀的變化觀形狀的變化卸去應(yīng)力后卸去應(yīng)力后， 變形保持下來變形保持下來 形狀記憶效應(yīng)中所能形狀記憶效應(yīng)中所能回復(fù)的回復(fù)的 變形變形對應(yīng)于對應(yīng)于母相母相轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)變?yōu)轳R氏馬氏 體的體的相變應(yīng)變相變應(yīng)變相變應(yīng)變?nèi)∠嘧儜?yīng)變?nèi)?決于母相與馬氏體的晶體結(jié)決于母相與馬氏體的晶體結(jié) 構(gòu)參數(shù)構(gòu)參數(shù)相變應(yīng)變量是一定相變應(yīng)變量是一定 的的 12 因此，記憶合金能夠因此，記憶合金能夠回復(fù)的最大變形回復(fù)的最大變形不能超出不能超出馬氏體完全再取向后所能貢馬氏體完全再取向后所能貢 獻出的獻出的相變應(yīng)變相變應(yīng)變

16、 如果馬氏體完全再取向后如果馬氏體完全再取向后繼續(xù)施加外力繼續(xù)施加外力，馬氏體將以，馬氏體將以滑移和孿生滑移和孿生的形式繼續(xù)的形式繼續(xù) 變形，這時發(fā)生的變形是不可回復(fù)的變形，這時發(fā)生的變形是不可回復(fù)的塑性變形塑性變形組織中出現(xiàn)位錯、形變孿晶組織中出現(xiàn)位錯、形變孿晶 等晶體缺陷，破壞合金的熱彈性馬氏體相變，等晶體缺陷，破壞合金的熱彈性馬氏體相變，損害形狀記憶效應(yīng)損害形狀記憶效應(yīng) 三應(yīng)力誘發(fā)馬氏體相變與記憶合金的超彈性三應(yīng)力誘發(fā)馬氏體相變與記憶合金的超彈性 對母相狀態(tài)的樣品在對母相狀態(tài)的樣品在AfAf溫度以上溫度以上 施加外力施加外力，將出現(xiàn)如圖，將出現(xiàn)如圖4.94.9所示的所示的 應(yīng)力應(yīng)變曲線應(yīng)

17、力應(yīng)變曲線. .應(yīng)力超過彈性極限應(yīng)力超過彈性極限 后，隨應(yīng)力緩慢增加，應(yīng)變顯著后，隨應(yīng)力緩慢增加，應(yīng)變顯著 增加，在一定的應(yīng)變范圍內(nèi)卸載，增加，在一定的應(yīng)變范圍內(nèi)卸載， 應(yīng)變會完全消失，應(yīng)變會完全消失，如同彈性變形如同彈性變形 這種彈性變形的應(yīng)變量遠遠超出這種彈性變形的應(yīng)變量遠遠超出 通常意義上的彈性變形，稱之為通常意義上的彈性變形，稱之為 超彈性超彈性由于超彈性變形的實質(zhì)由于超彈性變形的實質(zhì) 與彈性變形的不同，又稱它與彈性變形的不同，又稱它偽彈偽彈 性性 13 超彈性：由應(yīng)力誘發(fā)馬氏體相變導(dǎo)致超彈性：由應(yīng)力誘發(fā)馬氏體相變導(dǎo)致. 能夠發(fā)生應(yīng)力誘發(fā)馬氏體相變的能夠發(fā)生應(yīng)力誘發(fā)馬氏體相變的最高最高

18、 溫度溫度用用Md表示表示. 超彈性效應(yīng)超彈性效應(yīng): 在在T Af 變形變形、然后去除然后去除 外力后呈現(xiàn)外力后呈現(xiàn). 當(dāng)馬氏體在外力作用下形成時，當(dāng)馬氏體在外力作用下形成時，相變相變 應(yīng)變方向應(yīng)變方向與與外力外力一致一致的變體的變體優(yōu)先形核優(yōu)先形核 并長大并長大，最終形成，最終形成單一變體的馬氏體單一變體的馬氏體， 并并沿外力方向沿外力方向產(chǎn)生變形得到的組織產(chǎn)生變形得到的組織 結(jié)構(gòu)與冷卻形成的馬氏體完成結(jié)構(gòu)與冷卻形成的馬氏體完成再取向再取向 過程過程之后的組織結(jié)構(gòu)基本相同卸除之后的組織結(jié)構(gòu)基本相同卸除 外力，合金的外力，合金的相變點相變點回復(fù)到回復(fù)到應(yīng)力為零應(yīng)力為零 時的相變點時的相變點由于

19、此時環(huán)境溫度由于此時環(huán)境溫度高于高于 合金的合金的Af點，點，馬氏體逆轉(zhuǎn)變回母相馬氏體逆轉(zhuǎn)變回母相 試樣變形隨之消失，顯示出試樣變形隨之消失，顯示出超彈性超彈性 在不施加外力時在不施加外力時, 合金的合金的Ms點為點為275 K， 當(dāng)環(huán)境溫度為約當(dāng)環(huán)境溫度為約330K時時, 不能發(fā)生馬氏體不能發(fā)生馬氏體 相變相變. 但但若給合金施加力若給合金施加力, Ms升高升高, 當(dāng)應(yīng)力當(dāng)應(yīng)力 達到達到80MPa時時, Ms升高至約升高至約330K, 達到環(huán)達到環(huán) 境溫度境溫度,馬氏體開始形成馬氏體開始形成. 14 右圖：右圖： 變形溫度變形溫度TMf， 呈現(xiàn)呈現(xiàn)形狀記憶形狀記憶效應(yīng)；效應(yīng)； 變形溫度變形溫

20、度f T Md ， 呈現(xiàn)呈現(xiàn)超彈性超彈性效應(yīng)；效應(yīng)； 變形溫度變形溫度T：MsAs， 施加外力，應(yīng)力誘發(fā)馬施加外力，應(yīng)力誘發(fā)馬 氏體形成卸除外力，氏體形成卸除外力， 因因T As，馬氏體不能馬氏體不能 逆轉(zhuǎn)變回母相逆轉(zhuǎn)變回母相，需加熱，需加熱， T Af，馬氏體才能完，馬氏體才能完 全逆轉(zhuǎn)變回母相合金全逆轉(zhuǎn)變回母相合金 仍仍呈現(xiàn)形狀記憶效應(yīng)呈現(xiàn)形狀記憶效應(yīng) 變形溫度變形溫度T：AsAf，施加外力導(dǎo)致應(yīng)力誘發(fā)馬氏體形成卸除外力后，只，施加外力導(dǎo)致應(yīng)力誘發(fā)馬氏體形成卸除外力后，只 有有部分部分馬氏體逆轉(zhuǎn)變回母相馬氏體逆轉(zhuǎn)變回母相合金合金既不呈現(xiàn)完全的形狀記憶效應(yīng)既不呈現(xiàn)完全的形狀記憶效應(yīng)，也不呈現(xiàn)

21、也不呈現(xiàn) 完全的超彈性效應(yīng)完全的超彈性效應(yīng) 圖圖4-11 形狀記憶效應(yīng)和超彈性效應(yīng)與溫度、應(yīng)力和形狀記憶效應(yīng)和超彈性效應(yīng)與溫度、應(yīng)力和 滑移臨界切應(yīng)力之間的關(guān)系滑移臨界切應(yīng)力之間的關(guān)系 15 四雙程記憶效應(yīng)四雙程記憶效應(yīng) 雙程記憶效應(yīng)：雙程記憶效應(yīng)：記憶合金試樣從高溫記憶合金試樣從高溫冷卻冷卻， 母相轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體時，試樣自動回到母相轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體時，試樣自動回到預(yù)先預(yù)先 賦予的形狀賦予的形狀；加熱加熱時馬氏體逆轉(zhuǎn)變回母相，時馬氏體逆轉(zhuǎn)變回母相， 試樣又自動回復(fù)到試樣又自動回復(fù)到原先母相狀態(tài)的形狀原先母相狀態(tài)的形狀 試樣記憶了試樣記憶了冷、熱兩種狀態(tài)下原有的形狀冷、熱兩種狀態(tài)下原有的形狀 前述的形

22、狀記憶效應(yīng)又稱前述的形狀記憶效應(yīng)又稱單程形狀記憶效應(yīng)單程形狀記憶效應(yīng) 記憶合金經(jīng)過適當(dāng)?shù)墓に囂幚碛洃浐辖鸾?jīng)過適當(dāng)?shù)墓に囂幚?又稱又稱雙程記憶雙程記憶 訓(xùn)練訓(xùn)練)，呈現(xiàn)，呈現(xiàn)雙程形狀記憶效應(yīng)雙程形狀記憶效應(yīng) 加熱時加熱時試樣形狀回復(fù)的道理試樣形狀回復(fù)的道理同同單程形狀記憶單程形狀記憶 效應(yīng)效應(yīng) 當(dāng)馬氏體變體當(dāng)馬氏體變體定向排列時定向排列時就能產(chǎn)生變形就能產(chǎn)生變形. 在在 單程形狀記憶和超彈性效應(yīng)中單程形狀記憶和超彈性效應(yīng)中, 馬氏體的定馬氏體的定 向排列是靠外力的作用而實現(xiàn)的向排列是靠外力的作用而實現(xiàn)的. 在雙程記憶效應(yīng)中沒有施加外力在雙程記憶效應(yīng)中沒有施加外力, 馬氏體的馬氏體的 定向排列是由

23、試樣內(nèi)特定的定向排列是由試樣內(nèi)特定的內(nèi)應(yīng)力場內(nèi)應(yīng)力場：如位如位 錯的應(yīng)力場錯的應(yīng)力場，所致，所致 16 右圖：經(jīng)過雙程記憶訓(xùn)練后右圖：經(jīng)過雙程記憶訓(xùn)練后, 馬馬 氏體中存在氏體中存在有規(guī)則排列的定向位有規(guī)則排列的定向位 錯錯，加熱逆轉(zhuǎn)變回母相后，這些，加熱逆轉(zhuǎn)變回母相后，這些 位錯的形態(tài)和分布基本保持不變位錯的形態(tài)和分布基本保持不變 按位錯理論按位錯理論,位錯的周圍存在一定位錯的周圍存在一定 的應(yīng)力場的應(yīng)力場. 當(dāng)馬氏體從母相中形當(dāng)馬氏體從母相中形 成時，相變應(yīng)變成時，相變應(yīng)變順應(yīng)位錯應(yīng)力場順應(yīng)位錯應(yīng)力場 方向方向的馬氏體變體的馬氏體變體優(yōu)先形核并長優(yōu)先形核并長 大大由于位錯的排列是依訓(xùn)練時由

24、于位錯的排列是依訓(xùn)練時 的應(yīng)變狀態(tài)而產(chǎn)生，這樣的應(yīng)變狀態(tài)而產(chǎn)生，這樣, 順應(yīng)位順應(yīng)位 錯應(yīng)力場所形成的馬氏體，錯應(yīng)力場所形成的馬氏體，它的它的 相變應(yīng)變狀態(tài)相變應(yīng)變狀態(tài)與與訓(xùn)練時的應(yīng)變狀訓(xùn)練時的應(yīng)變狀 態(tài)態(tài)一致一致于是冷卻形成馬氏體后，于是冷卻形成馬氏體后， 試樣自動呈現(xiàn)訓(xùn)練時所賦予的變形試樣自動呈現(xiàn)訓(xùn)練時所賦予的變形. 17 雙程記憶訓(xùn)練：雙程記憶訓(xùn)練：通過各種工藝處理方法在合金內(nèi)部產(chǎn)生特定的通過各種工藝處理方法在合金內(nèi)部產(chǎn)生特定的內(nèi)應(yīng)力場內(nèi)應(yīng)力場，使，使 合金具有雙程記憶效應(yīng)合金具有雙程記憶效應(yīng) 雙程記憶訓(xùn)練方法主要有：雙程記憶訓(xùn)練方法主要有： (1)SIM法：在法：在母相態(tài)母相態(tài)對記憶合

25、金元件施加對記憶合金元件施加變形變形 (2)SME法：在法：在馬氏體態(tài)馬氏體態(tài)對記憶合金元件施加對記憶合金元件施加變形變形 (3)SIM+SME法：在母相狀態(tài)下進行變形，約束其應(yīng)變，冷卻到法：在母相狀態(tài)下進行變形，約束其應(yīng)變，冷卻到Mf點以點以 下；或在馬氏體狀態(tài)下進行變形，約束其應(yīng)變，加熱下；或在馬氏體狀態(tài)下進行變形，約束其應(yīng)變，加熱 到到Af點以上也可將這二者結(jié)合起來點以上也可將這二者結(jié)合起來 (4)約束加熱法：將試樣變形，約束其變形并在約束加熱法：將試樣變形，約束其變形并在合金析出第二相的合金析出第二相的溫度溫度進進 的行適當(dāng)?shù)募訜岬男羞m當(dāng)?shù)募訜?前三個方法需前三個方法需重復(fù)進行重復(fù)進行

26、一定的次數(shù)，以獲得穩(wěn)定的雙程記憶效應(yīng)訓(xùn)練一定的次數(shù)，以獲得穩(wěn)定的雙程記憶效應(yīng)訓(xùn)練 目的：在合金中引入目的：在合金中引入定向排列的位錯定向排列的位錯 方法方法(4) ：在合金中引入：在合金中引入特定分布的第二相特定分布的第二相，處理過程只需進行，處理過程只需進行一次一次 18 G(T) PM母相母相轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體馬氏體的自由能變化；的自由能變化； Gc PM母相母相轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體馬氏體的的化學(xué)驅(qū)動力化學(xué)驅(qū)動力( Gc PM=GM-GP )； Gnc 非化學(xué)驅(qū)動力非化學(xué)驅(qū)動力:主要是相變時新舊相主要是相變時新舊相體積變化體積變化而產(chǎn)生的而產(chǎn)生的應(yīng)變能應(yīng)變能,它它 正比于正比于馬氏體體積的馬氏體體積的1/2次方；次方； Gs彈性應(yīng)變能以外的彈性應(yīng)變能以外的 相變阻力相變阻力，近似看作，近似看作定值定值 右圖中右圖中:T0是母相與馬氏體相是母相與馬氏體相 吉布斯自由能相等的溫度，吉布斯自由能相等的溫度， 即即兩相處于平衡的溫度兩相處于平衡的溫度 馬氏體形成：驅(qū)動力必須馬