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形状记忆合金的变形方式-马氏体转变的热力学特

来源:https://www.xiutupi.com 发布时间:2021-10-08热度:

形状记忆合金的变形方式
对于能发生马氏体转变的合金,除上述滑移和孪生变形的方式外,在一定条件下还能以马氏体转变的方式,先于滑移和孪生发生之前实现变形。
以马氏体转变的方式实现变形是形状记忆合金具有形状记忆效应和超(伪)弹性的必要条件。

1.马氏体转变的定义和特征
马氏体转变属晶体结构改变型的相变,即材料经相变时由一种晶体结构变为另一种晶体结构。如钢中发生马氏体转变后,其晶体结构由高温的面心立方(奥氏体)转变为低温的体心立方(马氏体)。马氏体转变具有如下特征:
    (1)相变过程无原子扩散,原子的迁移不超过一个原子间距。
    (2)相变过程是以切边方式进行,伴随有表面浮凸,宏观形状变化,
    (3)相变过程中存在惯习面。惯习面不应变,不转动。
    (4)马氏体内有晶体缺陷。马氏体的亚结构多为位错、孪晶或层错,
    (5)马氏体相变具有可逆性。

Fec合金加热后一般不出现马氏体逆转变,不是因为Fec合金的马氏体相变不存在可逆性,而是因为在加热过程中出现了回火转变。
如果快速加热,含c量为Q 8%的钢经过每秒上升5000℃的速度加热时,在590℃一600℃之间就能发生马氏体的逆转变。

2.马氏体转变的热力学特征
根据相变的一般规律,相变得以发生的条件是相变前后系统的总的自由能改变小于零。
新旧两相的化学自由能相等时的温度⑩T⑥。
就是两相平衡的理论温度。
由于相变都需要一定的驱动力,因而发生马氏体相变的温度(⑩M⑥s)必须低于⑩T⑥。
即需要一定的过冷度,如图么5所示的⑩T—AG⑥关系。
在⑩M⑥:点以上对合金施加外力也可以引起马氏体相变,此时形成的马氏体为应力诱发马氏体。
这是因为外加的机械能加上化学自由能的差也达到了马氏体相变所需要的驱动能。
显然,使应力诱发马氏体相变发生所需要的外加机械能随温度的升高而增加,也就是应力诱发马氏体相变的临界应力随温度的升高而增加。

在⑩A⑥f温度以上施加应力发生应力诱发马氏体转变后,当逐渐去除应力时,系统的平衡被打破,应力诱发的马氏体将向低自由能的母相转变,形状逐渐得到恢复,这就是超弹性产生的原因。
如果施加的外力也达到了位错运动或孪生发生的临界应力,除应力诱发马氏体发生外,滑移和孪生也将发生,此时形状记忆效应和超(伪)弹性格变差甚至消除,因此,要获得完全的形状记忆效应和超(伪)弹性,变形所施加的应力必须低于位错运动的临界应力。
形状记忆合金发生完全形状记忆效应和超(伪)弹性的温度和范围。
只要位错滑移的临界应力足够高(⑩A⑥线),则在不同温度下变形,形状记忆合金可分别表现出形状记忆效应和超(伪)弹性;
如果位错滑移的临界应力较低(如⑩B⑥线),则在应力诱发马氏体发生之前,值错滑移已经开始发生,则超(伪)弹性不会出现。

对于母相和马氏体相均为有序点阵结构的形状记忆合金,当马氏体亚结构为孪晶,在全马氏体态变形时,通过孪晶界面的运动,在应力方向有利的马氏体会长大,而在应力方向不利的马氏体将缩小甚至消失,最终得到只有一种取向的马氏体,同时使材料产生较大变形,当再加热恢复时,有序的晶体结构保证了晶体学的可逆性,进而使形状得到恢复。

形状记忆合金的变形方式-马氏体转变的热力学特第1张图

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