馬氏體相變與形狀記憶合金-內含精選動圖

馬氏體相變

與形狀記憶合金目錄1、馬氏體相變2、形狀記憶合金及應用3、研究案例1、馬氏體相變A、固態相變總論B、馬氏體相變的特點A、固態相變總論相變：指當外界條件如溫度、壓力等發生變化時，物相在某一特定條件下發生的突變。相變表現為：1）從一種結構轉變為另一種結構。2）化學成分的不連續變化。3）物質物理性能的突變。A、固態相變總論三種基本變化：①晶體結構的變化。純金屬的同素異構轉變、固溶體的多形性轉變、馬氏體相變②化學成分的變化。只有成分轉變而無相結構的變化③有序程度的變化。合金的有序化轉變，以及與電子結構變化相關的轉變

A、固態相變總論

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，相界面不能繼續維持完全共格學要一系列調配錯配度調節，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合強度和數量變化引起的化學能，另一部分是由界面原子不匹配產生的點陣畸變能。應變能

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

晶態固體中的空位、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、固態相變總論彈性應變能：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擴散型相變：相變過程中伴隨有元素的擴散，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變。無擴散型相變：以晶格畸變為主的位移型無擴散相變，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.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，步調一致”。B、馬氏體相變的特點擴散型相變就像團體操，原子從有序的A狀態轉變為B狀態。轉變過程中，各原子有長程的，看似紊亂的熱運動（也就是擴散）。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。B、馬氏體相變的特點共析碳鋼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。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形核長大繼續長大彈性平衡繼續降溫新的形核并長大B、馬氏體相變的特點關于熱彈性的理解力作用下的機械彈性如果是由溫度驅動的，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：溫度繼續降低，馬氏體繼續形核長大，所以熱量會繼續改變式樣的“長度”。也是說，體現出了熱彈性。奧氏體降溫馬氏體突發形核長大繼續長大彈性平衡繼續降溫新的形核并長大B、馬氏體相變的特點溫度往復的溫度變化，可以使式樣變形和復原。雖然這個過程設計到相變，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力誘發馬氏體相變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力馬氏體相變，在奧氏體區域進行應力加載激發馬氏體相變，卸載應力后，會在溫度的作用下自動變為奧氏體。2、形狀記憶合金的基本原理與應用2、形狀記憶合金的基本原理與應用單程形狀記憶效應：材料在高溫下制成某種形狀，在低溫相時將其變形，再加熱時恢復為高溫相形狀，而重新冷卻時不能恢復低溫相時的形狀。2、形狀記憶合金的基本原理與應用雙程形狀記憶效應：材料加熱時恢復高溫相形狀，冷卻時恢復低溫相形狀，即通過溫度升降自發可逆地反復高低溫相形狀的現象。2、形狀記憶合金的基本原理與應用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；馬氏體點陣的不變切變為孿生，亞結構為孿晶或層錯；馬氏體相變在晶體學上是可逆的。2、形狀記憶合金的基本原理與應用出現熱彈馬氏體相變的條件：母相與馬氏體的比容差小；母相的彈性極限高；母相原子排列規律性強；熱彈性馬氏體相變確保不破壞母相與新相之間的共格聯系，新相在加熱條件下容易向母相轉變。2、形狀記憶合金的基本原理與應用2、形狀記憶合金的基本原理與應用可靠性高，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戰斗機上使用了10萬個以上在核潛艇的管路連接上也可大量應用。2、形狀記憶合金的基本原理與應用2、形狀記憶合金的基本原理與應用在溫度作用下，聚臏器會努力恢復原狀，從而持續提供聚合力2、形狀記憶合金的基本原理與應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。循環使用次數少時，TiNi合金約為6％，CuZnAl合金約為2％；循環使用次數多時，分別低于2％和0.5％。2、形狀記憶合金的基本原理與應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下，不要達到比Af點高很多的溫度。線圈過熱，相變引起的形狀恢復應力超過絲材本身的屈服應力，合金的形狀記憶特性變壞。合金長時間置于高溫，產生不能完全記住該溫度下形狀的現象，即記憶力減退。當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，都出現不良影響。3、研究案例形狀記憶合金的馬氏體時效效應是指:在發生馬氏體相變進入馬氏體相后，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生變化。時效后的馬氏體會表現的更加“穩定”，其表現為從馬氏體相回到母相的逆相變轉變溫度Af會升高。3、研究案例馬氏體時效效應可以形象的理解為：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構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構約化溫度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3、研究案例3、研究案例出現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；母相原子排列規律性強；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構2、原子的短程有序排布需要澄清馬氏體穩定化的微觀機制究竟是什么？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）沒有發生變化，這表明在時效過程中，沒有長程平均結構的變化。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）隨著馬氏體時效發生了變化。如果對應馬氏體穩定化，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性能。3、研究案例通過升溫過程，使馬氏體轉變為母相后。母相再一次轉變而來的馬氏體，將不具備時效效應。該升溫過程發生了什么：是簡單的馬氏體逆變，還是伴隨著原子的擴散過程？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