图 形状记忆材料 形状记忆材料(shape memory materials,简称SMM): 是指具有一定初始形状的材料经形变并固定成 另一种形状后，通过热、光、电等物理刺激或化学刺 激的处理又可恢复成初始形状的材料。 材料科学与工程学院 2 School of Materials Science and Engineering
材料科学与工程学院 School of Materials Science and Engineering 形状记忆材料 2 形状记忆材料(shape memory materials，简称SMM)： 是指具有一定初始形状的材料经形变并固定成 另一种形状后，通过热、光、电等物理刺激或化学刺 激的处理又可恢复成初始形状的材料
形状记忆材料的发现 60年代初的一天，美国海军军械实验室的研究人员领来 了一批镍钛合金丝，也许是制造过程中处理不当，合金丝被 弄弯了，他们只能一根一根地将合金丝校直。有人顺手把校 直的合金丝堆放在炉子的旁边。这时意外的事情发生了，一 些校直的的合金丝在炉温的烘烤下，不一会儿就恢复到原来 弯曲的形状。于是不得不重新校直合金丝。起初，他们没有 在意，还是把校直的合金丝堆放在炉旁，结果合金丝又弯曲 了，这种现象重复出现了多次，直到人们把校直的合金丝换 了一地方堆放，不再受到炉温的烘烤以后，合金丝才继续保 持挺直的形状。 军械实验室的研究人员紧紧地抓住了上述的意外的事情， 开展反复的实验研究，终于发现含50%镍和50%钛的合金在温 度升高40℃以上时，能“记住”自己原来的形状。 科学家把这种现象叫做形状记忆效应，具有记忆功能的合金称为形状记忆合金。 材料科学与工程学院 3 School of Materials Science and Engineering
材料科学与工程学院 School of Materials Science and Engineering 形状记忆材料的发现 3 60年代初的一天，美国海军军械实验室的研究人员领来 了一批镍钛合金丝，也许是制造过程中处理不当，合金丝被 弄弯了，他们只能一根一根地将合金丝校直。有人顺手把校 直的合金丝堆放在炉子的旁边。这时意外的事情发生了，一 些校直的的合金丝在炉温的烘烤下，不一会儿就恢复到原来 弯曲的形状。于是不得不重新校直合金丝。起初，他们没有 在意，还是把校直的合金丝堆放在炉旁，结果合金丝又弯曲 了，这种现象重复出现了多次，直到人们把校直的合金丝换 了一地方堆放，不再受到炉温的烘烤以后，合金丝才继续保 持挺直的形状。 军械实验室的研究人员紧紧地抓住了上述的意外的事情， 开展反复的实验研究，终于发现含50%镍和50%钛的合金在温 度升高40℃以上时，能“记住”自己原来的形状。 科学家把这种现象叫做形状记忆效应，具有记忆功能的合金称为形状记忆合金
© 形状记忆效应 形状记忆效应 A 拥裁 具有一定形状（初始形状）的 固体材料，在某一低温状态下经 过塑性变形后（另一形状），通 卸载 过加热到这种材料固有的某一临 界温度以上时，材料又恢复到初 始形状，这种效应称为形状记忆 加热 应变/% 效应。 形状记忆效应示意图 材料科学与工程学院 4 School of Materials Science and Engineering
材料科学与工程学院 School of Materials Science and Engineering 形状记忆效应 4 形状记忆效应 具有一定形状（初始形状）的 固体材料，在某一低温状态下经 过塑性变形后（另一形状），通 过加热到这种材料固有的某一临 界温度以上时，材料又恢复到初 始形状，这种效应称为形状记忆 效应。 形状记忆效应示意图
© 形状记忆效应 按形状恢复情况可分为： 单程形状记忆效应 双程形状记忆效应 形状记忆效应 全程形状记忆效应 材料科学与工程学院 5 School of Materials Science and Engineering
材料科学与工程学院 School of Materials Science and Engineering 形状记忆效应 5 单程形状记忆效应 双程形状记忆效应 全程形状记忆效应 形状记忆效应 按形状恢复情况可分为：
初始形状 低涅变形 加热 冷却 单限 双料 () 全料 () ·单程形状记忆效应 材料在高温（奥氏体状态）下制成某种形状，在低温（马氏 体状态)时将其任意变形，再加热时恢复高温相形状，而重新冷 却时不能恢复低温相的形状。 ·双程形状记忆效应 又称可逆形状记忆效应。材料加热时恢复高温相形状，冷却 时恢复低温相形状，即通过温度升降自发可逆地反复地恢复高低 温相的形状。 ·全程形状记忆效应 材料加热时恢复高温相形状，冷却时变为形状相同而 取向相反的高温相形状。 它是一种特殊的双程形状记忆效应，只能在富镍的T- Ni合金中出现。 材料科学与工程学院 School of Materials Science and Engineering
材料科学与工程学院 School of Materials Science and Engineering • 单程形状记忆效应 材料在高温（奥氏体状态）下制成某种形状，在低温（马氏 体状态）时将其任意变形，再加热时恢复高温相形状，而重新冷 却时不能恢复低温相的形状。 • 双程形状记忆效应 又称可逆形状记忆效应。材料加热时恢复高温相形状，冷却 时恢复低温相形状，即通过温度升降自发可逆地反复地恢复高低 温相的形状。 • 全程形状记忆效应 材料加热时恢复高温相形状，冷却时变为形状相同而 取向相反的高温相形状。 它是一种特殊的双程形状记忆效应，只能在富镍的TiNi合金中出现
图 马氏体相变 西汉：公元前202年-公元8年 图辽宁辽阳三道壕出土的西汉时代钢剑的显微组织 马氏体450x 徐祖耀著.马氏体相变与马氏体.北京：科学出版社 材料科学与工程学院 School of Materials Science and Engineering
材料科学与工程学院 School of Materials Science and Engineering 马氏体相变 7 图 辽宁辽阳三道壕出土的西汉时代钢剑的显微组织 马氏体 450 徐祖耀著. 马氏体相变与马氏体. 北京： 科学出版社. 西汉：公元前202年-公元8年
马氏体与马氏体相变 A 马氏体的发现 !德国冶金学家Adolf Martens(1850-! 1914)于19世纪90年代在一种硬矿物中i 1发现。 !马氏体最初是在钢（中、高碳钢）中！ 发现的. i1895年法国人F.0 smond为纪念i IA.Martens,把这种组织命名为马氏 i体(Martensite)。 Adolf Martens(1850-1914) 材料科学与工程学院 8 School of Materials Science and Engineering
材料科学与工程学院 School of Materials Science and Engineering 马氏体与马氏体相变 8 Adolf Martens(1850-1914) 德国冶金学家 Adolf Martens(1850- 1914)于19世纪90年代在一种硬矿物中 发现。 马氏体最初是在钢（中、高碳钢）中 发现的. 1895 年 法 国 人 F.Osmond 为 纪 念 A.Martens，把这种组织命名为马氏 体(Martensite)。 马氏体的发现
图 马氏体与马氏体相变 1878年发表了《铁的显微镜研究》 http://www.bam.de/de/ueber uns/geschichte/adolf martens.htm 材料科学与工程学院 9 School of Materials Science and Engineering
材料科学与工程学院 School of Materials Science and Engineering 马氏体与马氏体相变 9 http://www.bam.de/de/ueber_uns/geschichte/adolf_martens.htm 1878年发表了《铁的显微镜研究》
马氏体与马氏体相变 20世纪20年代：碳在0-Fe中的过饱和间隙固溶体。 20世纪50年代：在冷却过程中所发生的马氏体相变的产 物。 20世纪60-70年代：母相无扩散的、以惯习面为不变平 面的切变共格的相变产物。 Christian[1965]:马氏体相变是“军型相变"（相l比扩散 相变：民事型相变)； Wayman[1970]:以晶体学特征来定义马氏体。 Olson,Cohen,Clapp[1979]:"马氏体相变为点阵发 生畸变、实际为无扩散的结构相变，它以切变为主、并 具有形状改变，相变中应变能控制动力学和形态”。 2002年出版GB7232-1999:钢铁或非铁合金中通过无扩 散切变共格型转变（马氏体转变）形成的产物。 材料科学与工程学院 10 School of Materials Science and Engineering
材料科学与工程学院 School of Materials Science and Engineering 马氏体与马氏体相变 10 20世纪20年代：碳在-Fe中的过饱和间隙固溶体。 20世纪50年代：在冷却过程中所发生的马氏体相变的产 物。 20世纪60-70年代：母相无扩散的、以惯习面为不变平 面的切变共格的相变产物。 Christian[1965]:马氏体相变是“军型相变”(相比扩散 相变：民事型相变)； Wayman[1970]:以晶体学特征来定义马氏体。 Olson, Cohen, Clapp[1979]: “马氏体相变为点阵发 生畸变、实际为无扩散的结构相变，它以切变为主、并 具有形状改变，相变中应变能控制动力学和形态”。 2002年出版GB7232-1999：钢铁或非铁合金中通过无扩 散切变共格型转变(马氏体转变)形成的产物
© 马氏体相变 高温 (a)奥氏体 (d)奥氏体 冷却 加热 恢复原状) 变形 低温 (b)李晶马氏体 (c)变形马氏体 形状记忆过程中晶体结构的变化 材料科学与工程学院 11 School of Materials Science and Engineering
材料科学与工程学院 School of Materials Science and Engineering 马氏体相变 11 形状记忆过程中晶体结构的变化