馬氏體相變與形狀記憶合金-內(nèi)含精選動(dòng)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(diǎn)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(shí)，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(wú)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(diǎn)，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(cuò)配度δ=（ɑβ-

ɑα）/ɑα〈0.05；（2）半共格界面δ大到一定程度時(shí)，相界面不能繼續(xù)維持完全共格學(xué)要一系列調(diào)配錯(cuò)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(wú)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(lèi)鍵異類(lèi)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(diǎn)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(shí)，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(cuò)、晶界等缺陷周?chē)螯c(diǎn)陣畸變面儲(chǔ)存一定的畸變能．新相極易在這些位置非均勻形核．它們對(duì)晶核的長(zhǎng)大過(guò)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(diǎn)從原子遷移情況來(lái)分?jǐn)U散型相變：相變過(guò)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(wú)擴(kuò)散型相變：以晶格畸變?yōu)橹鞯奈灰菩蜔o(wú)擴(kuò)散相變，如馬氏體相變。B、馬氏體相變的特點(diǎn)馬氏體相變是無(wú)擴(kuò)散相變之一，相變時(shí)沒(méi)有穿越界面的原子無(wú)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(shí)原子有規(guī)則地保持其相鄰原子間的相對(duì)關(guān)系進(jìn)行位移.B、馬氏體相變的特點(diǎn)形象對(duì)說(shuō)，馬氏體相變就像解放軍走分列式，各原子“動(dòng)作整齊，步調(diào)一致”。B、馬氏體相變的特點(diǎn)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(guò)程中，各原子有長(zhǎng)程的，看似紊亂的熱運(yùn)動(dòng)（也就是擴(kuò)散）。B、馬氏體相變的特點(diǎn)B、馬氏體相變的特點(diǎn)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(guò)程中發(fā)生的馬氏體轉(zhuǎn)變；同時(shí)也觀察到了在加熱過(guò)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(guò)程中所發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變所得產(chǎn)物統(tǒng)稱(chēng)為馬氏體”。把以晶格畸變?yōu)橹鞯奈灰菩蜔o(wú)擴(kuò)散相變統(tǒng)稱(chēng)為馬氏體相變。B、馬氏體相變的特點(diǎn)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(chēng)為馬氏體轉(zhuǎn)變的開(kāi)始溫度，用Ms表示。馬氏體轉(zhuǎn)變還有一個(gè)下限溫度，用Mf表示，當(dāng)奧氏體過(guò)冷到Mf以下時(shí)轉(zhuǎn)變也不能再進(jìn)行了。稱(chēng)為馬氏體轉(zhuǎn)變的下限溫度或馬氏體終了點(diǎn)。也就是說(shuō)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(diǎn)非熱彈性馬氏體相變過(guò)程奧氏體降溫馬氏體形核迅速長(zhǎng)大繼續(xù)降溫馬氏體片不再長(zhǎng)大B、馬氏體相變的特點(diǎn)熱彈性體馬氏體相變過(guò)程奧氏體降溫馬氏體突發(fā)形核長(zhǎng)大繼續(xù)長(zhǎng)大彈性平衡繼續(xù)降溫新的形核并長(zhǎng)大B、馬氏體相變的特點(diǎn)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(dòng)的，就叫熱彈性B、馬氏體相變的特點(diǎn)非熱彈性馬氏體相變由于溫度繼續(xù)降低，馬氏體不在長(zhǎng)大，也就是說(shuō)溫度降低，除了熱脹冷縮外，不會(huì)引起較大的形變，奧氏體降溫馬氏體形核迅速長(zhǎng)大繼續(xù)降溫馬氏體片不再長(zhǎng)大B、馬氏體相變的特點(diǎn)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(zhǎng)大，所以熱量會(huì)繼續(xù)改變式樣的“長(zhǎng)度”。也是說(shuō)，體現(xiàn)出了熱彈性。奧氏體降溫馬氏體突發(fā)形核長(zhǎng)大繼續(xù)長(zhǎng)大彈性平衡繼續(xù)降溫新的形核并長(zhǎng)大B、馬氏體相變的特點(diǎn)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(gè)過(guò)程設(shè)計(jì)到相變，但是給人的感覺(jué)就像是彈性形變。B、馬氏體相變的特點(diǎn)B、馬氏體相變的特點(diǎn)B、馬氏體相變的特點(diǎn)應(yīng)力誘發(fā)馬氏體相變B、馬氏體相變的特點(diǎn)如果材料同時(shí)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(huì)在溫度的作用下自動(dòng)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(shí)將其變形，再加熱時(shí)恢復(fù)為高溫相形狀，而重新冷卻時(shí)不能恢復(fù)低溫相時(shí)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(shí)恢復(fù)高溫相形狀，冷卻時(shí)恢復(fù)低溫相形狀，即通過(guò)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(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。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?。荒赶嗟膹椥詷O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(huì)影響周?chē)牧系男阅?。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(wàn)個(gè)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(huì)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(wú)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(guò)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％。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(guò)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(guò)熱，相變引起的形狀恢復(fù)應(yīng)力超過(guò)絲材本身的屈服應(yīng)力，合金的形狀記憶特性變壞。合金長(zhǎng)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(zhǎng)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。3、研究案例形狀記憶合金的馬氏體時(shí)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(huì)隨其在馬氏體相的停留時(shí)間發(fā)生變化。時(shí)效后的馬氏體會(huì)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(huì)升高。3、研究案例馬氏體時(shí)效效應(yīng)可以形象的理解為：用記憶合金制備的血栓過(guò)濾器，如果放置時(shí)間過(guò)久，會(huì)導(dǎo)致本來(lái)該在人體溫度（37℃左右）打開(kāi)的支架，需要45℃才能打開(kāi)。3、研究案例3、研究案例

A、B分別表示一個(gè)簡(jiǎn)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(shí)間得到時(shí)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(shí)效過(guò)程對(duì)原子分布的影響:1、改變晶體的長(zhǎng)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(zhǎng)程有序度LRO短程有序度SRO3、研究案例在時(shí)效過(guò)程中，長(zhǎng)程有序度（LRO）沒(méi)有發(fā)生變化，這表明在時(shí)效過(guò)程中，沒(méi)有長(zhǎng)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(diǎn)缺陷短程有序度隨馬氏體時(shí)效時(shí)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(shí)效發(fā)生了變化。如果對(duì)應(yīng)馬氏體穩(wěn)定化，即Af點(diǎn)的變化來(lái)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(guò)期后，本來(lái)該在人體溫度（37℃左右）打開(kāi)的支架，需要45℃才能打開(kāi)。但是，可以用一個(gè)手段讓該支架恢復(fù)性能。3、研究案例通過(guò)升溫過(guò)程，使馬氏體轉(zhuǎn)變?yōu)槟赶嗪?。母相再一次轉(zhuǎn)變而來(lái)的馬氏體，將不具備時(shí)效效應(yīng)。該升溫過(guò)程發(fā)生了什么：是簡(jiǎn)單的馬氏體逆變，還是伴隨著原子的擴(kuò)散過(guò)程？3、研究案例奧氏體→降溫到馬氏體→時(shí)效→升溫到奧氏體→（立刻）降溫到馬氏體①奧氏體→降