Fe_Mn_Si形状记忆合金fcc_hcp_马氏体相变的临界驱动力
形状记忆合金论文
形状记忆合金 摘要：扼要地叙述了形状记忆合金及其机理, 介绍了形状记忆合金在工程中应用的现状以及发展前景。 关键词：形状记忆合金、形状记忆合金效应、应用 引言：有一种特殊的金属材料,经适当的热处理后即具有回复形状的能力,这种材料被称为形状记忆合金( Shape Memory Alloy ,简称为SMA) ,这种能力亦称为形状记忆效应(Shape Memory Effect , 简称为SME) 。通常,SMA 低温时因外加应力产生塑性变形,温度升高后,克服塑性变形回复到所记忆的形状。研究表明, 很多合金材料都具有SME ,但只有在形状变化过程中产生较大回复应变和较大形状回复力的,才具有利用价值。到目前为止,应用得最多的是Ni2Ti 合金和铜基合金(CuZnAl 和CuAlNi) 。 形状记忆合金（Shape Memory Alloys, SMA）是一种在加热升温后能完全消除其在较低的温度下发生的变形，恢复其变形前原始形状的合金材料。除上述形状记忆效应外，这种合金的另一个独特性质是在高温（奥氏体状态）下发生的“伪弹性”（又称“超弹性”，英文 pseudoelasticity）行为，表现为这种合金能承载比一般金属大几倍甚至几十倍的可恢复应变。形状记忆合金的这些独特性质源于其内部发生的一种独特的固态相变——热弹性马氏体相变。 一、形状记忆合金的发展史 最早关于形状记忆效应的报道是由Chang及Read等人在1952年作出的。他们观察到Au-Cd合金中相变的可逆性。后来在Cu-Zn合金中也发现了同样的现象，但当时并未引起人们的广泛注意。直到1962年，Buehler及其合作者在等原子比的TiNi合金中观察到具有宏观形状变化的记忆效应，才引起了材料科学界与工业界的重视。到70年代初，CuZn、CuZnAl、CuAlNi等合金中也发现了与马氏体相变有关的形状记忆效应。几十年来，有关形状记忆合金的研究已逐渐成为国际相变会议和材料会议的重要议题，并为此召开了多次专题讨论会，
关于形状记忆合金在变体机翼方面的应用综述
关于形状记忆合金在变体机翼方面的应用综述 发表时间：2019-05-13T15:59:02.707Z 来源：《知识-力量》2019年8月26期作者：纪宇帆[导读] 形状记忆合金是目前很常用的一种智能材料，能够代替传统材料应用在广泛的工业领域。本文将通过综合比较分析不同文献及其理论依据，阐述形状记忆合金在航空航天领域的应用情况 （北京航空航天大学能源与动力工程学院，北京 100191） 摘要：形状记忆合金是目前很常用的一种智能材料，能够代替传统材料应用在广泛的工业领域。本文将通过综合比较分析不同文献及其理论依据，阐述形状记忆合金在航空航天领域的应用情况，并对目前存在的问题和未来发展的方向一一论述。在变体机翼方面，文章从中文文献和外文文献中分别选取了几篇有代表性的进行阐述，分析得到了国内外不同研究方向的侧重点以及未来的发展趋势。同时文章对形状记忆合金在航空航天领域的应用情况做了小结，提出了一些个人观点与评价，也指出了目前存在的问题与未来发展的方向。关键词：形状记忆合金；航空航天；国内外对比 引言 传统材料通常不能实时感知环境以及自身状态的变化，更不能做到自适应和自修复[1]。因此，在诸多工业领域，尤其是航空航天这样复杂多变的领域，需要越来越多智能材料才可以实现高精度控制。形状记忆合金就是其中一种常见的智能材料。它利用形状记忆效应可以实现不同于普通合金的优异性能，尤其是在高温环境下，抗疲劳性能和延展性能更加凸显。 1 问题提出 早在20世纪50-70年代，就有了变后掠翼技术。这使得飞机兼具低速、跨声速、超声速飞行性能，但也存在结构复杂、操纵困难等问题,变形形式也很单一[2]。随着科学技术的进步，智能变体机翼技术逐渐兴起。在美国的主导下，一系列智能变形技术验证试验得以展开：1979年，NASA与波音公司签订了任务自适应机翼技术合同；1985年，NASA与罗克韦尔公司合作开展主动柔性机翼计划；1996年，上述计划又扩展为主动气动弹性机翼计划。U.Icardi等人也提出了一种基于SMA的变弯度机翼方案[3]：依靠两个同轴的SMA驱动管,通过离合器与定位压电电机连接到翼肋的桁架上，内外管分别控制向上与向下的运动；工作时可以给其中一个加热，另一个隔离使其不参与工作，从而实现特定方向的变形[4]。总之，SMA在变体机翼上的应用很广泛，是值得深入研究的问题之一。 2 中文文献综述 就近几年的中文文献来说，有关SMA在变体机翼上的应用的文章有53篇，其中期刊论文16篇，博士论文5篇，其余为硕士论文。下面将选择一些进行深入分析。刘逸峰、徐志伟两人利用驱动器的两个驱动杆上下位移实现蒙皮的变形，通过控制流经SMA的电流大小和通电时间对驱动器进行测控，还进行了驱动器加载控制实验和机翼风洞吹风测试实验[5]；雷鹏轩等人提出一种悬臂梁式柔性偏转结构，选择超临界翼型进行实验，并通过数学计算和折线图比较的办法给出了来流条件对SMA结构变形的影响[6]；周本昊通过差动驱动方式设计驱动机构，对机翼的各个部位进行了应力分析，又设计了测控系统，利用离散化PID控制算法对被控量进行控制[7]；刘俊兵等人根据实验分析出SMA卷簧的变形角与扭矩的关系，并对该驱动器承载能力进行了计算[8]；董二宝将智能变形机翼结构按动力学特性分为非主动变形过程和主动变形过程，并据此求出了各参数的最优解，最后利用SMA的热-力耦合特性给出了仿真结果[9]；聂瑞等人为了减小自适应机翼的波阻，对激波控制鼓包的特性进行了优化研究，在温度改变时，SMA能自动改变自身构型[10]。 3 外文文献综述 就近几年的外文文献来说，有关SMA在变体机翼上的应用的文章有81篇。不同作者对SMA的研究有不同的侧重点。Cees Bil等人主要研究的是三种不同的控制方法对机翼变形的影响，还在其中考虑了气动载荷下驱动器所需的功率与环境温度的影响[11]；S.Barbarino等人将民用运输机机翼后缘处的翼型弯度通过无铰链的光滑变形襟翼控制，利用数值方法和实验研究对驱动性能进行了估计[12]；J Colorado等人从仿生学的角度分析SMA在变体机翼中的驱动作用，并且利用SMA的传感功能实现了令人满意的跟踪误差，但在疲劳问题上还存在一定局限，SMA承受较大应力时寿命较短[13]；Thomas Georges等人以设计具有柔性外拱的变形机翼为重点，通过应力应变关系计算SMA元件的横截面和长度，进而确定其他部件的尺寸，完成设计[14]；Woo-Ram Kang等人为防止气动损失，利用SMA控制机翼形状，并用多种数值模拟软件将其与未变形机翼作比较，对尾翼偏转角与电流、压差之间的关系作了进一步分析[15]；Salvatore Ameduri等人基于SMA技术对变形结构进行优化，由四个弹性元件构成可变形肋系统，利用有限元模型呈现其主要特征[16]。 结论 综合上述文献，可以看出SMA在变体机翼中应用广泛。不同学者从不同侧面研究SMA可以得到不同结果。国内研究更多是通过解析的办法分析驱动结构的可行性，计算和优化更准确，但有时会受到其他无法量化的因素影响，导致其结果偏离实际；国外研究则更加侧重数值模拟软件的应用，对驱动性能的分析综合考虑多种环境因素，在实验过程中也更加注重比较，并且对SMA的疲劳寿命有所估计。后续的SMA应用技术应该朝向更高的疲劳强度、更先进的数值模拟技术发展。与此同时，机翼的形状变化也应趋于平稳，以减少气流分离，使飞机拥有更好的气动性能。 未来形状记忆合金在航空航天领域将朝着更规范化、成熟化的方向前进：变体机翼的重量将进一步减轻，连接过渡将更加平缓，气流分离损失将进一步减少，机翼的颤振情况也将进一步改善；航空发动机中的结构将充分考虑其材料特性，不仅仅用于调节尾喷口、进气口，还可用于涡轮叶片，机匣等关键部件；卫星的发射也将更加可靠，连接分离装置运行也会更加平稳。参考文献 [1]杨正岩,张佳奇,高东岳,刘科海,武湛君.航空航天智能材料与智能结构研究进展[J].航空制造技术,2017(17):36-48. [2]朱倩.基于SMA的变体机翼精确控制研究[D].南京航空航天大学,2010. [3]Icardi，U.& Ferrero，L.(2010).SMA Actuated Mechanism for an Adaptive Wing. Journal of Aerospace Engineering - J AEROSP ENG. 24. 10.1061/(ASCE)AS.1943-5525.0000061. [4]张明德.变厚度机翼结构设计及精确控制[D].南京航空航天大学,2018. [5]刘逸峰,徐志伟.SMA驱动变厚度机翼结构设计及实验研究[J].江苏航空,2018(04):30-34.
形状记忆合金论述3000字论文
形状记忆合金论述 摘要：形状记忆合金，是一种在加热升温后能完全消除其在较低的温度下发生的形变，恢复其形变原始形狀的合金材料。这种合金在高温（奥氏体状态）下发生的“伪弹性”行为，表现为这种合金能承载比一般金属大几倍甚至几十倍的可恢复应变。形状记忆合金的这些独特性质源于其内部发生的一种独特的固态相变——热弹性马氏相变体。 关键词：形状记忆合金、马氏相变体、记忆效应 引言：形状记忆合金材料兼有传感和驱动的双重功能，是一种智能结构中技术成熟性很高的功能材料，可以实现机械结构的微型化和智能化。形状记忆效应(SME)即某种材料在高温定形后，冷却到低温(或室温)，并施加变形，使它存在残余变形[1,2]。当温加热超过材料的相变点，残余变形即可消失，恢复到高温时的固有形状，如同记住了高温下的状态。SMA及其驱动控制系统具有许多的优点，如高功率重量比，适于微型化；集传感、控制、换能、致动于一身，结构简单，易于控制；对环境适应能力强，不受温度以外的其他因素影响等，有着传统驱动器不可比拟的性能优点。形状记忆合金由于具有许多优异的性能，因而广泛应用于航空航天、机械电子、生物医疗、桥梁建筑、汽车工业及日常生活等多个领域。 一、发展史 1932年,瑞典人奥兰德在金镉合金中首次观察到"记忆"效应，即合金的形状被改变之后，一旦加热到一定的跃变温度时，它又可以魔术般地变回到原来的形状，人们把具有这种特殊功能的合金称为形状记忆合金。记忆合金的开发迄今不过20余年，但由于其在各领域的特效应用，正广为世人所瞩目，被誉为"神奇的功能材料"。 最早关于形状记忆效应的报道是由Chang及Read等人在1952年作出的。他们观察到Au-Cd合金中相变的可逆性。后来在Cu-Zn合金中也发现了同样的现象，但当时并未引起人们的广泛注意。直到1962年，Buehler及其合作者在等原子比的TiNi合金中观察到具有宏观形状变化的记忆效应，才引起了材料科学界与工业界的重视。到70年代初，CuZn、CuZnAl、CuAlNi等合金中也发现了与马氏体相变有关的形状记忆效应。几十年来，有关形状记忆合金的研究已逐渐成为国际相变会议和材料会议的重要议题，并为此召开了多次专题讨论会，不断丰富和完善了马氏体相变理论。在理论研究不断深入的同时，形状记忆合金的应用研究也取得了长足进步，其应用范围涉及机械、电子、化工、宇航、能源和医疗等许多领域。 二、功能机理 形状记忆合金(Shape Memory Alloys，简称SMA)是一种能够记忆原有形状的智能材料。当合金在低于相变态温度下，受到一有限度的塑性变形后，可由加热的方式使其恢复到变形前的原始形状，这种特殊的现象称为形状记忆效应（Shape Memory Effect，简称SME）。而当合金在高于相变态温度下，施以一应力使其受到有限度的塑性变形（非线性弹性变形）后，可利用直接释放应力的方式使其恢复到变形前的原始形状，此种特殊的现象又称为拟弹性（Pseudo Elasticity，简称PE）或超弹性（Super Elasticity）。这两种形状记忆合金所拥有的独特性质在普通金属或合金材料上是无法发现的。
镍钛形状记忆合金在医学中的应用
镍钛形状记忆合金在医学中的应用 Application of nickel-titanium shape memory alloy in Medicine 摘要:介绍了形状记忆合金几种重要特性及主要类型,重点综述了医用Ni-Ti形状记忆合金的发展现状及应用。资料表明,现有记忆合金中仅有Ni-Ti合金能够同时满足化学和生物学可靠性要求,是目前医学上使用的唯一一种记忆合金。因其具有奇特的形状记忆效应、生物相容性、超弹性及优良的耐磨性,它在临床和医疗器械等方面获得了广泛的应用。但由于缺乏系统的研究,对于可靠而有效的表面处理还缺乏统一的认识,因此,这方面的工作还亟待补充和完善。 关键词:形状记忆合金;Ni-Ti;医疗器械 Abstract: This paper describes several important characteristics of shape memory alloys and the main types, focusing on the development status and application reviewed medical Ni-Ti shape memory alloys. Data indicate that only the existing memory alloys Ni-Ti alloy can meet reliability requirements of chemistry and biology, is the only kind of memory alloy for use in medicine. Because of its peculiar shape memory effect, bio-compatibility, super-elastic and excellent abrasion resistance, it has been widely applied in clinical and medical equipment. However, due to lack of systematic research, for reliable and effective surface treatment also lacks a unified understanding, so this work also needs to complement and complete. Keywords: shape memory alloy; Ni-Ti; Medical Devices
镍钛合金是一种形状记忆合金,形状记忆合金是能将自身的
镍钛合金是一种形状记忆合金，形状记忆合金是能将自身的塑性变形在某一特定温度下自动恢复为原始形状的特种合金。它的伸缩率在20%以上，疲劳寿命达1*10的7次方，阻尼特性比普通的弹簧高10倍，其耐腐蚀性优于目前最好的医用不锈钢，因此可以满足各类工程和医学的应用需求，是一种非常优秀的功能材料 另附郑州华菱超硬刀具牌号及适用范围： 适合加工范围： 1，高硬度铸铁/铸钢的加工,如:高铬铸铁、白口铸铁、镍硬铸铁等合金铸铁；高锰钢等耐热耐磨钢的高硬度粗加工和精加工【可拉荒粗车有夹砂、气孔的铸件毛坯】2，热处理后的高硬度工件加工,如:淬硬轴承钢、渗碳钢、氮化钢、工具钢、模具钢热后硬切削，可断续切削【可背吃刀量ap≤7.5mm大余量加工HRC45-HRC79硬度】 3，其他难切削材料类：高温合金、粉末冶金，镍钛合金难熔合金如碳化钨，镍基，钴基合金等的加工【可订做非标，来图来样加工】 4，普通灰口铸铁、珠光体球墨铸铁的高速切削【刀具寿命是合金刀具寿命的10-20倍】 刀具材质牌号类别： 刀具牌 号 类别应用范围 BN-K10 精加 工适用于灰铸铁和耐磨合金铸铁材料的连续精加工，如制动鼓、刹车盘、飞轮、缸套等工件的精车和高硬度铸铁材料的精加工。 BN-K20适用于灰铸铁、球墨铸铁，粉末冶金材料的高速精加工，且适合高速精镗孔。 BN-H10适用于硬钢材料的连续精加工或轻微断续精加工，如“以车代磨”齿轮、轴承等。 BN-H20适用于硬钢材料的中/强断续精加工和超高速精加工，如各种仿形轴件和高精密齿轮、轴承的车削和小型内孔的加工。 BN-K1粗精 加工 均可 用追求高的抗冲击性能，针对高硬度短铁屑工件研发，具备高硬度的同时，其抗冲击性能更优异，适合大余量粗加工高硬度铸铁件如高铬合金，高镍铬合金，镍钛合金、冷硬铸铁，白口铸铁；广泛应用于矿山机械，冶金机械，水泥、电力设备耐磨备件行业。 BN-S20抗冲击性和耐磨性的完美平衡，可用于粗加工，也可用于半精加工和精加工。适用于各种高硬度难加工材料，如高温合金、耐热耐磨钢、大型铸钢件、淬火钢、氮化钢、渗碳钢材料的加工。
镍钛合金是一种形状记忆合金
镍钛合金在医学上的应用 材料科学与工程学院 08级热处理1班 单珺 080102010005
一、镍钛合金的发展历史可分为3 个阶段: 1、1963 年～1986 年, 开展了初步的基础研究, 包括相变行为、晶体结构、显微组织、力学性能和冶炼加工制备技术等。20 世纪70 年代初, 美国Raychem 公司成功研制了NiTiFe 航空用液压管路接头和紧固件, 并应用于F14 战斗机中, 成为镍钛合金第一个成功的工业应用实例。、 2、1987 年～1994 年, 深入细致地研究了基础理论, 包括马氏体的三变体自协作形状恢复机制、线性超弹性和非线性超弹性的影响因素等 , 这个阶段是镍钛合金工程的鼎盛时期。 3、1995 年至今, 一些新的镍钛合金加工技术和基础理论问题不断出现, 如镍钛合金的表面改性技术、激光加工技术和脉动疲劳寿命测试等。 二、NiTi合金形状记忆效应的原理和特性 所谓"形状记忆效应"是指NiTi合金对它的金相几何形状有“记忆”本领，宏观而言，将一定形状的合金试样，低温塑形形变后，再将试样加热，试样又回复到它原来的形状，同时，产生巨大的回复力，例如横截面积为lcm2的合金棒，相变时产生850Okg的力。 记忆效应分三种:(1)单向记忆:低温金相受力变形，高温金相回到原状。C2)双向记忆:能记住高温与低温金相，随温度而发生顺、逆性变化。(3)全程记忆:机理不甚明了，可能是金相中的一种内应力场起了主要作用。形状记忆效应的应变量依合金的种类而各有所异，约5-20%之间(一般金属小于0.5%),NiTi合金为8%。 形状记忆合金具有“热弹性马氏体型”相变。NiTi合金为例，高温奥氏体相为体心立方有序晶体结构CaCl型B2晶格，低温马氏体相(M)为单斜畸变结构Bl9晶格，从B→M，存在一个对双程记忆效应起着重要作用的R相变。 在B2=R，R=M和R2=M的顺、逆相变中，母和子相中相邻原子位置不变，只是界面上原子发生协作位移-晶体切变。这种切变不但对记忆效应和超弹性起了重要作用，而且也使其耐疲劳性能优于一般金属材料。 具有记忆效应的合金已发现20余种，实用化潜力大的有镍基、铜基及铁基形状记忆合金。NliTi合金为近等原子比的NiTi金属间化合物。国产的医用NiTi合金，Mi含量为50-53%。相变温度可依临床而行相应的工艺处理;同时亦适当改变它的弹性模量。 三、镍钛合金的相变与性能 镍钛合金是一种形状记忆合金，形状记忆合金是能将自身的塑性变形在某一特定温度下自动恢复为原始形状的特种合金。它的伸缩率在20%以上，疲劳寿命达107次，阻尼特性比普通的弹簧高10倍，其耐腐蚀性优于目前最好的医用不锈钢，因此可以满足各类工程和医学的应用需求，是一种非常优秀的功能材料。 顾名思义，镍钛合金是由镍和钛组成二元合金，由于受到温度和机械压力的改变而存在两种不同的晶体结构相，即奥氏体相和马氏体相。镍钛合金冷却时的相变顺序为母相（奥氏体相）-R相-马氏体相。 R相是菱方形，奥氏体是温度较高（大于同样地:即奥氏体开始的温度）的时候，或者去处载荷（外力去除）时的状态，立方体，坚硬。形状比较稳定。而马氏
形状记忆合金综述
形状记忆合金 摘要：扼要地阐述了形状记忆合金机理、常用制备方法、介绍了形状记忆合金的发展前景。 关键词：形状记忆合金、形状记忆效应、NiTi、锻造、热挤压、轧制、拉拔、冷加工、粉末成形、包套碎片挤压成形、溅射沉积薄膜 引言：形状记忆合金是指具有一定初始形状的合金在低温下经塑性变形并固定成另一种形状后，通过加热到某一临界温度以上又可恢复成初始形状的一类合金。形状记忆合金具有的能够记住其原始形状的功能称为形状记忆效应。研究表明，很多合金材料都具有SME，但只有在形状变化过程中产生较大回复应变和较大形状回复力的，才具有利用价值。到目前为止，应用最多的是Ni2Ti合金和铜基合金。 形状记忆合金作为一种特殊的新型功能材料，是集感知与驱动于一体的智能材料，因其功能独特，可以制作小巧玲珑，高度自动化、性能可靠的元器件而备受瞩目，并获得了广泛应用。 1 形状记忆效应的机理 具有马氏体逆转变，且M s与A s温度相差很小的合金，将其冷却到M s点一下，马氏体晶核随着温度下降逐渐长大，温度上升的时候，马氏体相又反过来同步地随温度升高而缩小，马氏体相的数量随温度的变化而发生变化，这种马氏体称为热弹性马氏体。 在M s以上某一温度对合金施加外力也可引起马氏体转变，形成的马氏体称为应力诱发马氏体。有些应力诱发马氏体也属弹性马氏体，应力增加时候马氏体长大，反之，马氏体缩小，应力消除后马氏体消失，这种马氏体称为应力弹性马氏体。应力弹性马氏体形成时会使合金产生附加应变，当除去应力时，这种附加应力也随之消失，这种现象称为超弹性或者伪弹性。 将母相淬火得到马氏体，然后使马氏体发生塑性变形，变形后的合金受热时，马氏体发生逆转变，开始回复母相原始状态，唯独升高至A f时，马氏体消失，合金完全恢复到母相原来的形状，呈现形状记忆效应。如果对母相施加应力，诱发其马氏体形成并发生形变，随后逐渐减小应力直至除去时，马氏体最终消失，合金恢复至母相的原始形状，呈现伪弹性。 2 形状记忆合金的加工方法 加工工艺：锻造→热挤压→轧制和拉拔→冷加工→粉末成型→
镍钛形状记忆合金的发展现状
NiTi形状记忆合金的性能及应用 (**************************************) 摘要：本文主要介绍了NiTi形状记忆合金的性能，如形状记忆效应、超弹性效应、生物相容性、耐磨性、阻尼性等。再举例简要介绍它在工程领域、医学领域方面的应用，并对以后的发展方向做了展望。 关键字：形状记忆性能；应用 Properties and Application of NiTi Shape Memory Alloys Abstract：The essay is mainly introduce the shape memory effects，such as super-elasticity effect，temperature memory effect，biological compatibility , resistance to wear and damping of NiTi shape memory alloys (SMA)，et al . And then talk about the applications of NiTi shape memory alloy in engineering field ，medical field . The development direction of the study field was forecasted．Key words : shape memory effect ; application 引言 形状记忆合金(Shape Memory Alloy，简称SMA) 是一种特殊的金属材料，经适当的热处理后即具有回复形状的能力，这种能力被称为形状记忆效应(Shape Memory Effect，简称SME) 。实际上，很多材料都具有SME，但能够产生较大回复应变和形状回复力的，只有少数的几种材料，如：Ni-Ti合金和铜基合金(CuZnAl和CuAlNi)，铁基合金应用最广泛。 20世纪30年代，美国哈佛大学的研究员[1]就在CuZn合金中发现了形状记忆效应，但在当时被当做一种特殊的相变现象。50年代，张禄经和Read[2]在Au-Cd和In-Ti合金中观察到了形状记忆效应，但也未引起功能应用的重视。1963年，美国海军军械研究室W．J．Buehler 等在近等原子NiTi合金中观察到热弹性马氏体经逆相变能回复母相形状，于是命名形状记忆[3]。随后，相继在CuAlNi和CuZnAl中发现形状记忆效应。80年代，的FeMnSi、不锈钢等铁基形状记忆合金。90年代的高温形状记忆合金。从此，形状记忆材料逐渐得到人们的重视，成为有一个研究重点。 1 性能 1.1 基本结构 Ni-Ti合金的母相结构由钛原子和镍原子分别以简单立方格子沿体对角线错开半个周期而重叠组成，镍原子位于体心，钛原子位于顶角。钛原子价电子态为3d24s2，镍原子价电子态为3d84s2。，贾堤，费学宁等[5]根据固体物理去分子经验电子理论，Ni-Ti合金的母相结构的键
形状记忆合金及应用
形状记忆合金及应用 XXX （化学化工学院材料化学材料化学1001） 摘要形状记忆效应自20世纪30年代报道以来逐步得到人们的重视并加以应用，本文扼要地叙述了形状记忆合金及其机理以及在一些领域的应用。 关键词形状记忆合金原理应用 Abstract The shape memory effect since the 1930s reported gradually get people's attention and application, this paper briefly describes the application of shape memory alloy and its mechanism, and in some areas. Key words Shape memory alloys Principle Application 1.引言 形状记忆合金( Shape Memory Alloy, 简称SMA) 是指具有一定初始形状的合金在低温下经塑性形变并固定成另一种形状后, 通过加热到某一临界温度以上又可恢复成初始形状的一类合金。形状记忆合金是一类具有形状记忆性能的合金, 其主要特征是具有形状记忆效应（SME）[1]。研究表明, 很多合金材料都具有SME, 但只有在形状变化过程中产生较大回复应变和较大形状回复力的, 才具有利用价值。到目前为止, 应用得最多的是Ni-Ti合金和铜基合金( CuZnAl 和CuAlNi) 。 2.SMA 2.1 发现历史 形状记忆效应是张禄经和Read在1951年在AuCd合金中最早观察到的[2], 直到1963年Buehler的课题组在Ni-Ti合金中发现了类似的形状记忆效应之后[3],才真正引起很多科学家的重视。 2.2 晶体学特性 SME 的本质是合金中的热弹性马氏体相变[4]。马氏体相变发生的能量条件是马氏体的化学自由能必须比母相的低。也就是说,只有当母相过冷到马氏体相与母相化学自由能平衡温度T0以下适当温度Ms 时,马氏体将长大,直到热化学自由能和弹性非化学自由能两者之差最小时,马氏体的生长过程才告结束。同样,只有当马氏体过热到T0以上温度As 时, 在相变驱动力作用下, 马氏体缩小的逆转变过程才能开始。这种马氏体的长大或缩小受热效应和弹性效应两因素平衡条件的制约的相变称为“热弹性马氏体相变”。相变并不是发生在某一温度点, 而是一个温度范围, 不同的合金系具有不同的温度范围。 图1 相变温度曲线 图( 1) 显示了相变特性及相变循环中的关键点, 其中Ms, Mf为马氏体相变的开始和结束时的温度, As,Af为逆相变的起始和结束温度,人们通常用相变温度Af表征合金的特性。多数的合金, 相变发生在较窄的温度范围内, 而且伴随着滞后现象,以致加热与冷却的转变过
ANSYS材料非线性记忆金属解析
ANSYS材料非线性+几何非线性分析之 记忆合金
ANSYS材料非线性+几何非线性分析之 记忆合金 问题背景： 在20世纪60年代由美国海军武器实验室发现了镍钛合金的记忆属性，并称之为SMA，其中它的最主要的使形状记忆效应、伪弹性效应、类橡皮性。本课题主要研究SMA金属在矫正牙齿方面的应用，基于ansys软件的有限元分析，得到记忆金属在发生变形后内部的应力状况，以及释放位移后金属的残余应力，而且可以得到金属在加载和卸载过程中的应力应变曲线，这对于设计牙套非常有帮助。 关键词记忆金属分步加载应力应变曲线 问题描述： 如图所示的模型，当A和B点向外拉开的时候，将牙卡在3和11之间，然后释放A和B由于金属具有记忆属性，它会对牙有一个压力，这样的话就能达到矫正牙齿的作用。由于对称性，我们可以建立一半模型来分析。先对B施加一个x方向的位移5mm，然后再施加一个x方向的位移2mm。分析模型的等效应力图和等效应力与应变关系图。 图1.模型
材料的参数 图2.材料参数实验步骤： 1.实验分析模型Structure 图3.分析模型2.选择材料的单元类型solid182和solid185 图4.材料单元类型
3.输入材料的各项参数。 图5.弹性模量和泊松比 图6.记忆金属各项参数4.建立平面点坐标 图7.点坐标
5.利用指令“a，1,9,10,8”建立平面 图8.平面图6.通过直线和倒角，建立曲线 图9.曲线图7.进行拉伸操作建立三维立体图形 图10.立体图
8.画网格将网格的大小设置为0.15，然后通过sweep画全部的网格。 图11.画完网格后的图形 9.在左上角端部施加固定端约束 图12.施加固定端约束 10.施加位移载荷，分两个步骤。第一，在右下角处施加x方向5mm 的面位移，写入载荷步“lswrite，1”； 图13.第一次加位移
镍钛记忆合金应用
材料科学与工程学院《材料学科前沿》文献综述 题目：钛镍记忆合金在医学领域的应用 学生姓名：张鑫利 学号： 090601210 专业：金属材料工程 评阅教师： 2012年4 月
钛镍记忆合金在医学领域的应用 摘要：目前镍钛形状记忆合金研究论文数目已居马氏体相变研究领域之首, 而且该材料的应用已涉及诸如电子、机械、医疗、能源、宇航、及日常生活等领域,显示出强劲的发展势头。近几年来，在国内外掀起了钛镍合金临床推广应用的高潮。 关键词：钛镍形状记忆合金；基本性质；医学应用 前言 钛镍形状记忆合金作为一种集感知和驱动为一体的新型功能材料,是智能材料结构的重要组员[1],具有重要的理论及应用研究价值。钛镍形状记忆合金是一种强度高、耐腐蚀、生物相容性好、无毒、有医学应用前景的功能性材料它在低温相变形后，只需稍加20 ~300℃的温度就能恢复母相所记忆的形状，其伸缩率在20%以上，疲劳寿命达107次，阻尼特性比普通的弹簧高10倍，具有一般金属无法想象的性质。因此，普遍应用于口腔科和骨科等诸多医学领域。近些年来，钛镍记忆合金在治疗各类骨折中更是有着无可取代的重要作用。下面我将介绍钛镍形状记忆合金的基本特性及在医学中的应用。 1、钛镍记忆合金的生物相容性 生物相容性是形状记忆合金能否用于人体的最重要因素[2]。生物相容性良好的材料在生物体内不会引起过敏反应,不会释放任何离子到生物体的血液中去;在生物体长久存在而不会发生有害反应。生物相容性和材料表面特性与生物体炎症及过敏反应密切相关。许多因素,如患者健康情况、年龄、免疫状态和材料特性(表面粗糙性、孔隙率、元素毒性)等都可影响人体炎症及过敏反应。为了评价镍钛形状记忆合金的生物相容性,防止应用后对机体产生危害,许多研究对形状记忆合金的每一种元素进行了分析测试。 镍虽然是生命所必需的微量元素,但却有剧毒。研究证实,长期接触镍可引起贫血、慢性鼻炎、鼻窦炎、鼻咽癌和肺癌等,或因接触而患接触性皮炎。钛及其化合物具有良好的生物相容性和力学特性, 常用于牙科和骨科的内植物。钛的氧化反应可产生一层无,包绕在材料周围。这层氧化层能有效地抵御对钛合金的侵蚀,并且对人体是毒的Ti O 2 无害的。侵蚀分析实验到证实,镍钛合金在生理盐水中易发生侵蚀改变,但抗腐蚀能力高于不锈钢[3]。总体上,镍钛形状记忆合金有良好的生物相容性。
生物医用钛基多孔材料
生物医用钛基多孔材料 摘要：医用多孔钛材料由于能提高材料的骨引导作用，有利于骨组织的长入促进骨性结合而在临床上得到了越来越广泛的应用。本文对多孔钛材料在骨替代应用，以及多孔钛人工骨制备，改性等方面进行综述，对其未来研究方向进行探讨，并且进行了市场分析及预测。 关键字：多孔钛人工骨表面制备表面改性 0.钛基多孔材料概述 近年来金属多孔材料的开发和应用日益受到人们的关注。金属多孔材料具备优异的物理性能, 如密度小、刚度大、比表面积大、吸能减振性能好、消音降噪效果好、电磁屏蔽性能高，使其应用领域扩展到航空、电子、医用材料及生物化学等方面。非铝基组成金属多孔材料是近年来新兴的一个研究热点，主要包括钛、镍和镁等金属及其合金。其中，钛基多孔材料具有低密度、高比强度、较宽的工作温度范围、良好的耐腐蚀性、耐高温性，良好的渗透性。钛基多孔及材料能够减轻材料的重量而具有一定的强度，同时还有优异的生物相容性和生物粘附性。因此，钛基多孔材料在生物医学工程有很好的发展前景。 钛多孔材料凭借其优良的综合性能，且具有生物材料所具有的良好力学性能、生物相容性及好的腐蚀抗力，被认为是目前最有吸引力的金属生物材料之一，是人工关节（髋、膝、肩、踝、肘、腕、指关节等）、骨创伤产品（髓内钉、钢板、螺钉等）、脊柱矫形内固定系统、牙种植体、人工心脏瓣膜、介人性心血管支架等，医用内植入物产品的首选材料。多孔钛材料具有开放多孔状结构，允许新骨细胞组织在内生长及体液的传输，多孔立体结构能促进成骨细胞在钛种植材料表面和孔隙中的生长，新的骨组织在植入物孔内生长形成交错连锁的连接，能够加强植入物与自体骨的连接强度，并且其强度及杨氏模量可以通过对孔隙率的调整同自然骨相匹配，因此是较为理想的生物医学植入材料[1]。生物医用多孔钛按材料不同大致可以分为多孔纯钛、多孔钛合金和多孔镍钛形状记忆合金，均已广泛应用于临床。
镍钛合金形状记忆合金的特性及用途
形状记忆合金（简称SMA）是一种新型的功能材料,它已成为功能材料领域的研究热点之一。本文介绍了形状记忆合金的特性，综述了形状记忆合金的发展历程、研究现状及应用特点，最后分析了形状记忆合金的发展趋势。 关键词：形状记忆合金；功能材料；形状记忆效应 一．引言 形状记忆材料是集感知和驱动于一体的特殊功能材料,其中形状记忆合金是形状记忆材料中较为重要的材料之一。形状记忆合金(Shape Memory Alloy简称SMA)是指具有一定初始形状的合金在低温下经塑性形变并固定成另一种形状后,通过加热到某一临界温度以上又可恢复成初始形状的一类合金。 二．形状记忆合金的特性 1．形状记忆效应：形状记忆合金经适当的热处理后具有恢复形状的能力,这种能力被称为形状记忆效应(Shape memory effect简称SME)。形状记忆效应按恢复情况分为单程形状记忆效应、双程形状记忆效应和全程形状记忆效应。 2．超弹性效应：形状记忆合金受到外力时发生形变,去除外力后就恢复原状，这种现象称为超弹性。形状记忆合金在发生超弹性形变时,诱发了马氏体相变, 去除外力后,又发生马氏体逆相变。 3．阻尼特性：形状记忆合金由于马氏体相变的自协调和马氏体中形成的各种界面(孪晶面、相界面、变体界面)及界面运动,而具有很好的阻尼特性。 4．电阻特性：吴小东等研究表明,对于初始组织为马氏体的Ni-Ti合金,在拉伸过程中电阻与应变之间呈线性关系;对于初始组织为奥氏体或奥氏体、马氏体两者混合的Ni-Ti合金,当发生应力诱发马氏体相变后,曲线的斜率降低,相变前后电阻-应变关系保持线性关系。 三．形状记忆合金的研究进展 形状记忆效应最早是1932年由Olander在研究Au-Cd合金时发现的[7]。1963年,美国海军武器实验室布勒(Buehler)等发现了钛镍合金具有形状记忆效应[8]。1964年Cu-Al-Ni也被发现有这种效应[9]。70年代以后，科学家又在304奥氏体不锈钢和Fe-18.5Mn中发现了这种效应[10]。 1969年美国Raychem公司生产Ti-Ni-Fe记忆合金管接头用于F14战斗机上的液压管路系统连接,这是SMA第一次成功应用。1970年,美国将Ti-Ni记忆合金丝制成宇宙飞船用天线。前苏联在1969年开始对形状记忆合金进行了系统研究。德国于1971年开始探索形状记
浅析形状记忆合金
成绩____ 浅谈形状记忆合金 材料化学专业 2013级蒋文娟 指导教师肖凤 摘要： 形状记忆合金又叫记忆金属，是一种在加热升温后能完全消除其在较低的温度下发生的形变，恢复其形变原始形狀的合金材料。这种合金在高温（奥氏体状态）下发生的“伪弹性”行为，表现为这种合金能承载比一般金属大几倍甚至几十倍的可恢复应变。形状记忆合金的这些独特性质源于其内部发生的一种独特的固态相变——热弹性马氏相变体。 关键词：形状记忆合金；马氏相变体；记忆效应 Key words：shape memory alloy；Martensitic transformation；memory effect 形状记忆合金材料兼有传感和驱动的双重功能，是一种智能结构中技术成熟性很高的功能材料，可以实现机械结构的微型化和智能化。形状记忆效应(SME)即某种材料在高温定形后，冷却到低温(或室温)，并施加变形，使它存在残余变形。当温加热超过材料的相变点，残余变形即可消失，恢复到高温时的固有形状，如同记住了高温下的状态。SMA及其驱动控制系统具有许多的优点，如高功率重量比，适于微型化；集传感、控制、换能、致动于一身，结构简单，易于控制；对环境适应能力强，不受温度以外的其他因素影响等，有着传统驱动器不可比拟的性能优点。形状记忆合金由于具有许多优异的性能，因而广泛应用于航空航天、机械电子、生物医疗、桥梁建筑、汽车工业及日常生活等多个领域。 1发展史 1932年,瑞典人奥兰德在金镉合金中首次观察到"记忆"效应，即合金的形状被改变之后，一旦加热到一定的跃变温度时，它又可以魔术般地变回到原来的形状，人们把具有这种特殊功能的合金称为形状记忆合金。记忆合金的开发迄今不过20余年，但由于其在各领域的特效应用，正广为世人所瞩目，被誉为"神奇的功能材料"。 最早关于形状记忆效应的报道是由Chang及Read等人在1952年作出的。他
形状记忆合金
形状记忆合金性能及其应用综述 引言：形状记忆合金形状记忆效应、超弹性效应、高阻尼特性、电阻突变效应 以及弹性模量随温度变化等一般金属不具备的力学特性，使其在仪器仪表、自动控制、机器人、机械制造、汽车、航天航空、生物医学等工程领域都能发挥重要的作用，对其本构性能和在工程应用中的性能的研究十分必要。本文综合了自1971年以来国内外众多科学家对形状记忆合金做出的各方面的研究，并做出简要评价，提出自己的看法和本课题研究内容，为对形状记忆合金的应用研究提供一定参考。 国内外研究现状： 1、SMA材料种类研究现状 自上个世纪30年代人们发现Au-Cd合金具有记忆效应以来，进过几十年的研究，发现的形状记忆合金按相变特征类，可分成如下几个系列[1]： 1、由热弹性马氏体相变呈现形状记忆效应的合金 1) TiNi系列，发生体心立方——无公度相——菱方R相——单斜BI9相变。包括TiNi、TiNiFe、TiNiCu、TiNiNb(宽滞后)、TiNiCo等。 2) β铜基合金系，包括:Cu-Al-Ni(Cu-Al-X=Ti或Mn),发生体心立方—近正交γ1’（2H）或单斜β1’（18R1）, γ1’—单斜β1”（18R2），β1”--单斜α1, β1’--单斜α1相变（视应力大小而定）；Cu-Zn-Al-X（Cu-Zn-Al-X，X=Mn或Ni等），发生体心立方（β2、DO3或Lα1）--单斜9R或18R相变；其它，如Cu-Zu和Cu-Zn-X （X=Si、Sn、Au等）。 3）其它有色合金系，包括：Au-Cd、Ag-Cd、In-Ti、Ti-Nb、Co-Ni、Ni-Al等。 4) Fe3Pt（γ—α’，γ—fct）和Fe-30at%Pd（γ—fct）。 5) Fe-Ni-Co-Ti系，发生时效γ一薄片状α’(bcc和bct)马氏体相变，如Fe-33Ni-l0Co-4Ti、Fe-31Ni一I0Co-3Ti及Fe-33Ni-l0Co-(3~4)Ti-Al等。 2、由非热弹性马氏体相变呈现形状记忆效应的合金 1) Fe-MIn-Si系，发生γ一六方ε相变，包括Fe-30Mn-1Si(单晶)、Fe-（28~33）Mn-(4~6)Si、Fe-Mn-Si-Ni-Cr、Fe-14Mn-6Si-5Ni-9Cr、Fe-20Mn-5Si-5Ni-8Cr、Fe-Mn-Si-9C、Fe-8Mn-6Si-6Ni-13Cr- 12Co等。 2) Fe-Ni-C系，发生γ一薄片状α’马氏体相变，如Fe-3INi-0.4C 和Fe-（26~28）Ni-12Co-4Al-0.4C。 其中Ni-Ti基合金的形状记忆效应最佳，是重要的形状记忆材料。Ni—Ti中具有多种相变：无公度相变、R相变(马氏体型)、马氏体相变、沉淀。 2形状记忆合金性能研究现状 虽然早在上个世纪30年代，人们就发现了一些合金的形状记忆效应，但是直到70年代muller等人提出SMA材料的本构关系模型以来，有关形状记忆合金的机理和本构模型的研究才取得了一定的进展[2]。SMA的模型可大致分为三类：微观热力学模型、宏观现象学模型和基于微观力学的宏观模型。 微观热力学模型有助于了解材料宏观特性的微观机理，揭示SMA的物理本质。微观热力学模型主要有从相界运动的动力学角度给出的本构模型和以能量耗散理论为依据的细观力学模型。Patoor[3]等人首先从微观角度研究了SMA的本构
2019年形状记忆合金6
形状记忆合金 形状记忆合金性能及其应用综述 引言：形状记忆合金形状记忆效应、超弹性效应、高阻尼特性、电阻突变效应以及弹性模量随温度变化等一般金属不具备的力学特性，使其在仪器仪表、自动控制、机器人、机械制造、汽车、航天航空、生物医学等工程领域都能发挥重要的作用，对其本构性能和在工程应用中的性能的研究十分必要。本文综合了自1971年以来国内外众多科学家对形状记忆合金做出的各方面的研究，并做出简要评价，提出自己的看法和本课题研究内容，为对形状记忆合金的应用研究提供一定参考。 国内外研究现状： 1、SMA材料种类研究现状 自上个世纪30年代人们发现Au-Cd合金具有记忆效应以来，进过几十年的研究，发现的形状记忆合金按相变特征类，可分成如下几个系列[1]： 1、由热弹性马氏体相变呈现形状记忆效应的合金 1) TiNi系列，发生体心立方——无公度相——菱方R相——单斜BI9相变。包括TiNi、TiNiFe、TiNiCu、TiNiNb(宽滞后)、TiNiCo等。 2) β铜基合金系，包括:Cu-Al-Ni(Cu-Al-X=Ti或Mn),发生体心立方—近正交γ1’（2H）或单斜β1’（18R1）, γ1’—单斜β1”（18R2），β1”--单斜α1, β1’--单斜α1相变（视应力大小而定）；Cu-Zn-Al-X（Cu-Zn-Al-X，X=Mn或Ni等），发生体心立方（β2、DO3或Lα1）--单斜9R或18R相变；其它，如Cu-Zu和Cu-Zn-X（X=Si、Sn、Au等）。 3）其它有色合金系，包括：Au-Cd、Ag-Cd、In-Ti、Ti-Nb、Co-Ni、Ni-Al等。 4) Fe3Pt（γ—α’，γ—fct）和Fe-30at%Pd（γ—fct）。 5) Fe-Ni-Co-Ti系，发生时效γ一薄片状α’(bcc和bct)马氏体相变，如Fe-33Ni-l0Co-4Ti、Fe-31Ni一I0Co-3Ti及Fe-33Ni-l0Co-(3~4)Ti-Al等。 2、由非热弹性马氏体相变呈现形状记忆效应的合金 1) Fe-MIn-Si系，发生γ一六方ε相变，包括Fe-30Mn-1Si(单晶)、Fe-（28~33）Mn- (4~6)Si、Fe-Mn-Si-Ni-Cr、Fe-14Mn-6Si-5Ni-9Cr、Fe-20Mn-5Si-5Ni-8Cr、Fe-Mn-Si-9C、Fe- 8Mn-6Si-6Ni-13Cr- 12Co等。 2) Fe-Ni-C系，发生γ一薄片状α’马氏体相变，如Fe-3INi-0.4C 和Fe-（26~28）Ni-12Co-4Al-0.4C。 其中Ni-Ti基合金的形状记忆效应最佳，是重要的形状记忆材料。Ni—Ti中具有多种相变：无公度相变、R相变(马氏体型)、马氏体相变、沉淀。 2形状记忆合金性能研究现状 虽然早在上个世纪30年代，人们就发现了一些合金的形状记忆效应，但是直到70年代muller等人提出SMA材料的本构关系模型以来，有关形状记忆合金的机理和本构模型的研究