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铁磁形状记忆合金一、介绍铁磁形状记忆合金是一种具有磁记忆能力的材料，它可以在外加磁场的作用下实现形状的记忆和变形的控制。
这种材料的独特性质使得它在许多领域都有着广泛的应用。
本文将对铁磁形状记忆合金的特点、原理及应用进行探讨。
二、特点铁磁形状记忆合金具有以下几个显著的特点：2.1 高形状记忆效应铁磁形状记忆合金能够实现很高程度的形状记忆效应。
当外加磁场作用于材料时，合金中的微观结构将发生变化，从而使得材料发生形状的改变。
而当外加磁场移除后，材料又能够恢复到原来的形状。
这种高效的形状记忆效应使得铁磁形状记忆合金在机械领域、智能材料领域等有着广泛的应用。
2.2 宽温度范围内的形状记忆效应与其他形状记忆合金相比，铁磁形状记忆合金的形状记忆效应在较宽的温度范围内都能够发挥出较好的效果。
这使得它在一些高温环境下的应用领域具有优势。
2.3 高变形能力铁磁形状记忆合金具有较高的变形能力，能够在外加磁场的作用下产生较大的变形。
这种高变形能力使得它在一些需要进行精确控制的机械系统中具备重要的应用前景。
三、原理铁磁形状记忆合金的形状记忆效应是基于磁形状记忆效应和应变诱导逆磁形状记忆效应的共同作用。
当外加磁场作用于合金时，合金中的磁畴结构会发生变化，从而导致材料发生形状的改变。
当外加磁场移除后，合金中的磁畴结构又会重新排列，使得材料能够回到原来的形状。
四、应用铁磁形状记忆合金在许多领域都有着广泛的应用，下面列举几个主要的应用领域。
4.1 智能材料铁磁形状记忆合金是一种智能材料，它能够根据外界条件自动感知、记忆和响应。
因此，在智能材料领域，铁磁形状记忆合金具有广泛的应用前景。
例如，它可以应用于智能传感器、自适应材料等领域，实现智能化的功能。
4.2 机械领域在机械领域，铁磁形状记忆合金可以用于制造各种精密仪器和设备。
由于其高形状记忆效应和变形能力，它可以用于制造自动控制装置、精密机械运动部件等。
此外，铁磁形状记忆合金还可以应用于精密测量、精密加工等领域，提高生产效率和产品质量。
形状记忆合金（shape memory alloys，SMA）是一种由两种以上金属元素构成、能够在温度和应力作用下发生相变的新型功能材料，通过热弹性与马氏体相变及其逆变而具有独特的形状记忆效应、相变伪弹性等特性，广泛应用于航空航天、生物医疗、机械电子、汽车工业、建筑工程等领域。
形状记忆合金按合金种类主要分为镍钛基形状记忆合金（Ni-Ti SMA）、铜基形状记忆合金（Cu SMA）、铁基形状记忆合金（Fe SMA）3类。
其中，镍钛基形状记忆合金包括Ni-Ti-Cu、Ni-Ti-Co、Ni-Ti-Fe、Ni-Ti-Nb等具有较高实用价值的记忆合金；铜基形状记忆合金主要有Cu-Zn、Cu-Zn-Al、Cu-Zn-Sn、Cu-Zn-Si、Cu-Zn-Ga、Cu-Sn等种类；铁基形状记忆合金主要有Fe-Pt、Fe-Mn-Si、Fe-Ni-Co-Ti、Fe-Mn-Al-Ni、Fe-C-Mn-Si-Cr-Ni等种类。
1/形状记忆合金的研究现状形状记忆合金因其独特的形状记忆效应一直是各主要国家的研究热点。
近年来，美国、欧洲、日本等国家和地区针对形状记忆合金制备工艺、成分配比、与先进制造技术结合的研究已取得显著的进展，尤其以4D打印技术为代表的先进制造技术使用形状记忆合金作为原材料，扩展了其在软体机器人、医疗器械、航空航天等领域的应用范围。
（一）中美欧等国开发出多种形状记忆合金制备新工艺，扩大了材料应用范围形状记忆合金/聚合物的制备方法主要有熔炼法、粉末冶金法、喷射沉积工艺、4D打印技术等，再根据应用需求配置后续的锻造、热挤压、轧制、拉拔、冷加工等成型工艺。
其中，熔炼法是传统金属冶金工艺，在真空下将金属原材料通过电子束、电弧、等离子体、高频感应等方式加热后进行熔炼，易产生杂质污染、成分不均匀、能耗高等问题，且需要经过切割加工形成合金产品。
而粉末冶金法则是利用金属或合金粉末进行热等静压和烧结，制备出最终形状的合金产品。
铁基形状记忆合金铁基形状记忆合金（SMA）是一种高度可复合的合金材料，具有独特的热可塑性。
铁基形状记忆合金具有众多优点，包括它可在复合状态下保持原本形状，具有可重复塑形能力，可以很容易地改变其形状以及具备可控的热力学参数等特点。
SMA最初被发现于1900年，发现者是英国物理学家贝克斯特。
随后，该技术最终被称为铁基形状记忆合金（SMA）。
第一，原理及特点。
铁基形状记忆合金通过一种反应来达到形状变化的效果，即热可塑性反应，可以由弹性状态变为复合状态。
其中，温度是最重要的参数，弹簧剪切变形或热可塑性反应也是重要参数之一。
除此之外，还可以使用机械剪切变形或其他外力作用的变形来改变应变能量的分布。
第二，应用领域。
铁基形状记忆合金在很多领域都得到广泛应用，例如：1、汽车。
SMA用于汽车防撞件的设计，能够以更低的能量消耗就可以抵抗撞击，而不会破坏车辆本身的结构，降低伤害或损害。
2、航空航天。
铁基形状记忆合金用于航空航天制造，如可编程挡泥板护舷，弹性支撑电缆，智能夹紧机构等等。
3、机械设备。
SMA用于智能设备和机械设备，可以让设备在对外界负荷作用时得以调整自身的某个方向，达到良好的机械性能。
4、医疗器械。
铁基形状记忆合金可用于制造人体内的器官的结构，如各种类型的支架，以减轻脊椎压力，缓解背痛等功能。
第三，前景及发展趋势。
随着铁基形状记忆合金相关研究技术的不断深入，对其应用领域和发展趋势也乐观充满期待。
未来，铁基形状记忆合金可应用于量子信息和遥感仪器，以及包括通信、安全性和便携设备在内的更多样化的领域。
这些领域将贡献新的应用，增加铁基形状记忆合金的有效使用。
铁基形状记忆合金的应用研究不断加深，应用领域也会有所扩展，从而促进人类社会的发展。
铁基形状记忆合金材料的研究进展铁基形状记忆合金材料作为一类具有巨大应用潜力的新型功能材料，近年来备受关注。
本文将介绍铁基形状记忆合金材料的研究进展，重点探讨其性能特点、制备方法以及应用前景。
一、性能特点铁基形状记忆合金材料具有独特的性能特点，使其在各个领域都有广泛的应用前景。
1. 形状记忆效应铁基形状记忆合金材料能够在受到外部刺激时发生可逆的形状变化，具备良好的形状记忆效应。
这一特点使得这类材料在机械领域、电子领域等多个领域都具备广泛的应用前景。
2. 良好的机械性能铁基形状记忆合金材料具有较高的强度和韧性，能够承受较大的外部载荷。
这种优异的机械性能使得该材料在航空航天、汽车制造等领域具备广泛的应用潜力。
3. 耐腐蚀性能铁基形状记忆合金材料具备良好的抗腐蚀性能，能够在恶劣环境下保持稳定的性能。
这使得该材料在海洋工程、化工等领域的应用具备优势。
二、制备方法铁基形状记忆合金材料的制备方法有多种多样，包括传统的熔融法、粉末冶金法以及近年来逐渐兴起的激光选区熔化法等。
1. 熔融法熔融法是最早被应用于铁基形状记忆合金材料制备的方法之一。
通过将合金原料加热至熔融状态，然后迅速冷却，得到具有形状记忆特性的铁基合金材料。
2. 粉末冶金法粉末冶金法以粉末合金为原料，通过粉末混合、成型、烧结等工艺制备出铁基形状记忆合金材料。
这种方法制备的材料具有较高的纯度和均匀的成分分布。
3. 激光选区熔化法激光选区熔化法是近年来兴起的一种新型制备方法。
该方法利用激光束在合金表面进行局部熔化，形成高温区域和低温区域，进而得到具有形状记忆特性的铁基合金材料。
三、应用前景铁基形状记忆合金材料由于其独特的性能特点，在多个领域都有着广泛的应用前景。
1. 机械领域铁基形状记忆合金材料在机械领域具备广泛的应用潜力。
例如，在航天航空领域，可以将其应用于发动机零件、伸缩机构等；在汽车制造领域，可以将其用于刹车系统、防盗系统等。
2. 电子领域铁基形状记忆合金材料在电子领域的应用也十分广泛。
铁磁形状记忆合金铁磁形状记忆合金是一种特殊的合金材料，具有形状记忆效应和磁性特性。
它可以在外部磁场的作用下发生形变，并且在去除外部磁场后恢复原来的形状。
这种材料具有广泛的应用前景，在医学、航空航天、电子等领域有着重要的应用。
一、铁磁形状记忆合金的基本概念1.1 形状记忆效应形状记忆效应是指材料在经历一定温度、压力等条件下，可以记住并保持其特定形态，在受到外界刺激（如温度、压力等）时，能够自动恢复到原来的形态。
1.2 磁性特性铁磁形状记忆合金具有良好的铁磁性能，即在外部磁场作用下，可以发生明显的形变，并且在去除外部磁场后能够恢复原来的状态。
二、铁磁形状记忆合金的组成和制备方法2.1 组成铁磁形状记忆合金主要由Fe、Ni、Co等元素组成，其中Fe为主要元素，通常含量在50%以上。
同时，还可以添加一些其他元素，如Cu、Ti、Zr等，以调节其热处理温度和形状记忆效应。
2.2 制备方法铁磁形状记忆合金的制备方法主要有两种：一种是粉末冶金法，另一种是溶液法。
其中粉末冶金法是较为常用的方法，具体步骤包括原料混合、压制成型、烧结等。
三、铁磁形状记忆合金的特性和应用3.1 特性铁磁形状记忆合金具有以下特性：（1）具有良好的形状记忆效应和铁磁性能；（2）可以在外部磁场作用下发生明显的形变，并且在去除外部磁场后能够恢复原来的状态；（3）具有较高的抗腐蚀性和耐高温性能；（4）具有良好的可加工性和可塑性。
3.2 应用由于其特殊的物理和化学特性，铁磁形状记忆合金在医学、航空航天、电子等领域有着广泛的应用，具体包括：（1）医学领域：用于制造支架、植入物等医疗器械，可以根据人体温度和压力等条件自动调整形状，提高手术成功率。
（2）航空航天领域：用于制造飞行器、卫星等部件，可以根据外部磁场自动调整形状，提高飞行精度和安全性。
（3）电子领域：用于制造记忆合金阀门、开关等电子元器件，可以根据外部磁场自动控制通断状态，提高电路稳定性和可靠性。
形状记忆合⾦简介1形状记忆合⾦简介20世纪80年代中期，⼈们提出了智能材料（smart material ）的概念。
这种材料的基本特点是具有感知与驱动双重功能，即材料⾃⾝能感知环境的变化，并做出相应的响应。
它的研究呈开放和辐射性，涉及的学科包括化学、物理学、材料学、计算机、海洋⼯程、航空和医学等领域学科[1-2]。
迄今为⽌，已研究的智能材料主要有压电/电致伸缩陶瓷；形状记忆材料；磁致伸缩材料（Terfenol-D ）；电、磁流变体等[3-7]。
作为智能材料之⼀的形状记忆合⾦材料（shape memory alloys ，SMA ），由于具有独特的形状恢复，⾃我驱动及机械功输出的特性，应⽤范围已经涉及机械、电⼦、化⼯、航空、航天、能源、交通和医疗等许多领域。
SMA 材料的形状记忆效应，是通过合⾦⾼温奥⽒体（母相）到低温马⽒体的马⽒体相变及逆相变过程来实现的。
因此，下⾯分别介绍⼀下马⽒体相变和形状记忆效应。
1 马⽒体相变与形状记忆效应1.1 马⽒体相变马⽒体相变的发现可追溯到100多年前。
1895年Osmond [8]将⾼碳钢经淬⽕后的显微组织命名为马⽒体，以后⼈们就以这类组织的形态（针叶状）及其性质（硬度⾼，具有铁磁性）来描述马⽒体，把形成这类组织的过程以及其晶体结构改变（⾯⼼⽴⽅→四⾓（正⽅））过程称为马⽒体相变。
随后在其他合⾦中也发现了马⽒体，其形成和钢中马⽒体近似，但马⽒体的形态和性质各异，如Fe-Ni 合⾦中的马⽒体硬度不⾼，低碳钢中马⽒体呈条状状态，有⾊合⾦马⽒体的硬度甚⾄低于母相，且不具有磁性。
1948年Cohen [9]认为，应摒弃以往以组织形态和性质来定义马⽒体，宜着重研究其形成过程。
以后，⼀些学者根据马⽒体形成的特征，提出马⽒体相变的各种定义。
如Barrett 在1948年的相变讨论会上称马⽒体相变为⽆扩散相变。
Hull [10]在1954年定义马⽒体相变为“点阵变化时原⼦做规则运动，使发⽣相变的区域形成形状改变、原⼦不需要扩散的⼀种相变。
铁磁形状记忆合金铁磁形状记忆合金（Fe-SMA）是一种具有形状记忆性和磁性的合金材料。
它可以在外加磁场的作用下改变自身形状，并且在去除外加磁场后能够恢复原来的形状。
因此，它被广泛应用于机械、电子、医疗等领域。
铁磁形状记忆合金的磁性来源于其组成元素中的铁元素。
铁磁形状记忆合金的晶体结构可以分为两种：一种是基于铁素体相的合金，另一种是基于奥氏体相的合金。
这两种结构的合金材料具有不同的磁性和形状记忆性能。
铁磁形状记忆合金的形状记忆性能是由它的微观组织和相变行为决定的。
在室温下，铁磁形状记忆合金的晶体结构处于低温相状态，它的形状是一种固定的结构。
当外加磁场作用于合金材料时，它的晶体结构发生相变，从低温相变为高温相，此时它的形状发生改变。
当外加磁场去除后，合金材料会重新回到低温相，恢复原来的形状。
铁磁形状记忆合金的磁性和形状记忆性能使它在机械领域得到广泛应用。
例如，在微机械系统中，铁磁形状记忆合金可以用于制造微型电机和微型执行器。
在电子领域，它可以用于制造传感器、开关、阀门等元器件。
在医疗领域，铁磁形状记忆合金可以用于制造支架、夹具等医疗器械。
铁磁形状记忆合金的应用还在不断扩展。
例如，在航空航天领域，铁磁形状记忆合金可以用于制造变形机构和控制系统。
在能源领域，它可以用于制造高效的发电机和电池。
在智能材料领域，铁磁形状记忆合金被广泛应用于制造自适应结构和智能材料。
铁磁形状记忆合金是一种具有形状记忆性和磁性的合金材料，具有广泛的应用前景。
它的磁性和形状记忆性能使它在机械、电子、医疗等领域得到广泛应用，并且还在不断扩展新的应用领域。
课程论文设计金属材料热处理原理题目：铁基形状记忆合金简述院系：材料科学与工程学院专业：金属材料成型加工学号：20110800818姓名：申澎洋指导老师：朱世杰时间：2013年11月24日铁基形状记忆合金简述申澎洋（郑州大学20110800818）【摘要】铁基形状记忆合金(Fe-Based Shape Memory Alloy )是继镍钛基和铜基形状记忆合金之后的第三代形状记忆合金，由于其价格低廉、强度高、加工性能好、使用方便等优点引起广泛重视。
铁基形状记忆合金的形状记忆效应和超弹性取决于合金的马氏体相变特征，掌握铁基形状记忆合金的马氏体相变规律是开发和优化铁基形状记忆合金的前提。
本文简要介绍了形状记忆效应（SEM）的基本概念和形状记忆合金的发展。
总结了铁基合金记忆效应的不同机理和影响马氏体相变的特征的各种因素，展望了铁基合金今后的研究方向和应用前景。
【关键词】铁基形状记忆合金形状记忆效应马氏体相变一、引言形状记忆材料是近几十年发展起来的一种新型功能材料。
这种材料最主要的特征是具有形状记忆效应，即材料变形（通常在M S以下或者M S附近）后再经加热，如加热超过一定温度（如A S），材料就能恢复到它变形前的形状。
形状记忆合金因其具有形状记忆性能和超弹性，目前已获得广泛应用。
例如管接头，各种电器中的驱动器，手持话机天线，以及医学支架和导丝等。
此外，记忆合金的驱动和传感功能，还可用于微驱动器"微机械和微型机器人等。
早在1938年，已发现Cu-Zn合金具有热弹性马氏体的特征；1948年，苏联库尔久莫夫在其著名论文“马氏体相变”中预测了具有可逆相变的合金中会出现热弹性马氏体。
1931年，张禄经和Read在Au-Cd合金中最早观察到形状记忆效应，直到1963年Buehler 的课题组在Ti-Ni合金中发现了类似的形状记忆效应后，才真正引起很多科学家的重视。
常见的形状记忆合金主要有三类，即Ti-Ni基、Cu基、Fe基合金。
什么是形状记忆合金有一种记忆方法是形状记忆法，你在运用过这种方法吗?那你有知道什么是形状记忆合金吗?下面和一起来了解什么是形状记忆合金吧，希望对你有帮助!形状记忆合金的定义形状记忆合金(Shape Memory Alloys,)，简称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，即拥有“记忆"效应的合金。
在航空航天领域内的应用有很多成功的范例。
人造卫星上庞大的天线可以用记忆合金制作。
发射人造卫星之前，将抛物面天线折叠起来装进卫星体内，火箭升空把人造卫星送到预定轨道后，只需加温，折叠的卫星天线因具有“记忆”功能而自然展开，恢复抛物面形状。
形状记忆合金简介形状记忆合金(shape memory alloy)在临床医疗领域内有着广泛的应用，例如人造骨骼、伤骨固定加压器、牙科正畸器、各类腔内支架、栓塞器、心脏修补器、血栓过滤器、介入导丝和手术缝合线等等，记忆合金在现代医疗中正扮演着不可替代的角色。
记忆合金同我们的日常生活也同样休戚相关。
形状记忆合金具有形状记忆效应(shape memory effect) ，以记忆合金制成的弹簧为例，把这种弹簧放在热水中，弹簧的长度立即伸长，再放到冷水中，它会立即恢复原状。
利用形状记忆合金弹簧可以控制浴室水管的水温：在热水温度过高时通过"记忆"功能，调节或关闭供水管道，避免烫伤。
也可以制作成消防报警装置及电器设备的保险装置。
当发生火灾时,记忆合金制成的弹簧发生形变，启动消防报警装置，达到报警的目的。
还可以把用记忆合金制成的弹簧放在暖气的阀门内，用以保持暖房的温度，当温度过低或过高时，自动开启或关闭暖气的阀门。
形状记忆合金的形状记忆效应还广泛应用于各类温度传感器触发器中。
形状记忆合金另一种重要性质是伪弹性(pseudoelasticity，又称超弹性，superelasticity) ，表现为在外力作用下，形状记忆合金具有比一般金属大的多的变形恢复能力，即加载过程中产生的大应变会随着卸载而恢复[2-3] 。
铁磁形状记忆合金的制备及性能研究随着科学技术的不断发展，新材料的研究和应用受到了越来越广泛的关注。
铁磁形状记忆合金作为近年来新兴的材料之一，具有很好的形状记忆效应和铁磁性能，正逐渐成为研究的热点。
本文将从铁磁形状记忆合金的制备和性能两个方面进行探讨。
一、铁磁形状记忆合金的制备铁磁形状记忆合金是由铁、镍、钴等元素组成的晶体，具有良好的形状记忆效应和铁磁性能。
其制备包括熔态法和固态法两种方式。
熔态法主要是将合金元素熔融，然后在特定条件下进行凝固和调质。
这种方法制备的铁磁形状记忆合金通常具有优良的形状记忆效应和铁磁性能，并具有较高的制备成本。
固态法主要是利用溶液处理、粉末冶金和微波热处理等技术制备铁磁形状记忆合金。
这种方法制备的合金成本相对较低，而且适用性广泛，操作方法简单。
二、铁磁形状记忆合金的性能研究铁磁形状记忆合金具有良好的形状记忆效应和铁磁性能，并且在高温条件下也有较好的性能表现。
因此，在应用领域中，如机械、自动控制、物理电子学等方面具有很大的潜力。
1.形状记忆效应铁磁形状记忆合金具有良好的形状记忆效应，该效应主要是由于合金结构中存在的相变引起的。
形状记忆效应的实现需要与记忆控制条件相匹配，例如外部（磁场或应力）和内部（组织结构、温度等）控制条件。
因此，在应用中，如机械、自动控制等方面，可以通过形状记忆材料的特性来实现控制和调节。
2.铁磁性能铁磁形状记忆合金具有强烈的铁磁性能，这种性能主要是由合金中的铁、镍、钴等元素的磁性质所决定的。
铁磁性能可以通过改变合金成分、处理条件等手段进行控制和调节。
在应用领域中，如物理电子学、自动控制等方面，铁磁性能的特性可以实现不同下磁性库仑场的控制，进而实现对磁性材料性能实现更深度的发掘和应用。
总之，铁磁形状记忆合金是一种具有广泛应用前景的新材料，其制备和性能研究对于材料科学研究领域产生了重要意义。
随着科技的进步和人们对高性能材料的需求不断提高，铁磁形状记忆合金必将在现代工业制造和科研领域发挥越来越重要的作用。
铁基形状记忆合金的合成与性能研究在现代材料科学领域，形状记忆合金一直备受研究者们的关注。
其独特的性能和应用潜力使得形状记忆合金成为了不可忽视的材料类别之一。
其中，铁基形状记忆合金凭借其良好的可塑性、高韧性以及充裕的资源优势，受到了广泛关注。
铁基形状记忆合金的合成是研究者们关注的重点之一。
传统的铁基形状记忆合金合成方法主要有粉末冶金法和熔融法两种。
粉末冶金法通过合金化合物进行粉末合金的压制和烧结，可以制备出具有优异性能的铁基形状记忆合金。
而熔融法则是将合金元素熔融后快速冷却，形成非晶相或亚晶相的样品，然后通过后续的热处理使其结晶转变为形状记忆相。
这两种方法各有优缺点，但都为铁基形状记忆合金的合成提供了有效的途径。
铁基形状记忆合金的性能研究是合成研究的延伸和拓展。
形状记忆效应是铁基形状记忆合金最为重要的性能之一。
通过触发外界刺激，如温度、应力等，铁基形状记忆合金可以发生可逆的形状改变。
这一特性使得铁基形状记忆合金在机械、电子等领域有着广泛的应用前景。
此外，铁基形状记忆合金还具有独特的磁性和耐蚀性能，这使得其在医学、航空航天等领域有着广泛的应用前景。
为了提高铁基形状记忆合金的性能，研究者们不断进行改进和创新。
其中，微合金化技术是铁基形状记忆合金改性的重要手段之一。
通过添加微量的合金元素，如镍、铜、铝等，可以改善铁基形状记忆合金的力学性能和耐蚀性能。
同时，研究者们还致力于探索新型的合成方法和材料结构，以进一步提高铁基形状记忆合金的性能。
除了改进合金本身的性能外，研究者们还关注铁基形状记忆合金与其他材料的组合应用。
例如，将铁基形状记忆合金与聚合物复合材料相结合，可以有效提高复合材料的强度和韧性。
此外，与陶瓷、金属等材料的复合应用也具有良好的应用前景。
这些复合材料的研究不仅可以拓展铁基形状记忆合金的应用领域，还有助于理解其在复杂环境中的性能表现和相互作用机制。
总之，铁基形状记忆合金是一类备受关注的材料，其合成和性能研究始终是材料科学领域的热点。
课程论文设计金属材料热处理原理题目：铁基形状记忆合金简述院系：材料科学与工程学院专业：金属材料成型加工学号：20110800818姓名：申澎洋指导老师：朱世杰时间：2013年11月24日铁基形状记忆合金简述申澎洋（郑州大学20110800818）【摘要】铁基形状记忆合金(Fe-Based Shape Memory Alloy )是继镍钛基和铜基形状记忆合金之后的第三代形状记忆合金，由于其价格低廉、强度高、加工性能好、使用方便等优点引起广泛重视。
铁基形状记忆合金的形状记忆效应和超弹性取决于合金的马氏体相变特征，掌握铁基形状记忆合金的马氏体相变规律是开发和优化铁基形状记忆合金的前提。
本文简要介绍了形状记忆效应（SEM）的基本概念和形状记忆合金的发展。
总结了铁基合金记忆效应的不同机理和影响马氏体相变的特征的各种因素，展望了铁基合金今后的研究方向和应用前景。
【关键词】铁基形状记忆合金形状记忆效应马氏体相变一、引言形状记忆材料是近几十年发展起来的一种新型功能材料。
这种材料最主要的特征是具有形状记忆效应，即材料变形（通常在M S以下或者M S附近）后再经加热，如加热超过一定温度（如A S），材料就能恢复到它变形前的形状。
形状记忆合金因其具有形状记忆性能和超弹性，目前已获得广泛应用。
例如管接头，各种电器中的驱动器，手持话机天线，以及医学支架和导丝等。
此外，记忆合金的驱动和传感功能，还可用于微驱动器"微机械和微型机器人等。
早在1938年，已发现Cu-Zn合金具有热弹性马氏体的特征；1948年，苏联库尔久莫夫在其著名论文“马氏体相变”中预测了具有可逆相变的合金中会出现热弹性马氏体。
1931年，张禄经和Read在Au-Cd合金中最早观察到形状记忆效应，直到1963年Buehler 的课题组在Ti-Ni合金中发现了类似的形状记忆效应后，才真正引起很多科学家的重视。
常见的形状记忆合金主要有三类，即Ti-Ni基、Cu基、Fe基合金。
Ti-Ni基形状记忆合金具有优良的机械性能、抗腐蚀性能、和生物相容性而被认为是最好的生物材料之一，但是价格昂贵，且难于制备和加工。
Cu基形状记忆合金的主要包括Cu-Al-Ni和Cu-Zn-Al系，其优点是价格便宜和容易加工，缺点是过热容易分解为平衡相，并且容易产生马氏体稳定化，以及双程形状记忆效应容易退化。
Fe基形状记忆合金主要有Fe3Pt、Fe-Ni-Co和Fe-Mn-Si系。
二、形状记忆效应机制1．马氏体相变与形状记忆效应马氏体相变是一种位移型、无原子扩散性转变，属于结构型相变，即材料相变时由一种晶体结构改变为另一种晶体结构。
徐祖耀提出马氏体相变定义为：替换原子无扩散切变使其形状改变的相变; 其中相变泛指一级( 具有热量突变，如放热，和体积突变，如膨胀)、形核—长大型( 马氏体形成经形核和长大阶段) 相变。
马氏体相变的主要特征是: 替换原子无扩散( 成分不改变，近邻原子关系不改变) ，切变( 母相和马氏体之间呈位向关系) 和形状改变( 抛光面显示浮突)。
根据马氏体相变时的热力学特征，马氏体可分为:热弹性马氏体，非热弹性马氏体，半热弹性马氏体。
徐祖耀提出热弹性马氏体相变的判据为: ①临界相变驱动力小、热滞小; ②相界面能作往复( 正、逆)牵动; ③形状应变为弹性协作，马氏体内的弹性存储能对逆相变驱动力做出贡献。
满足这3个条件的为完全的热弹性相变; 部分符合上述判据的称为半热弹性马氏体相变。
对具有半热弹性马氏体相变的材料，施加一定条件，可望得到完全的形状记忆效应，具有非热弹性马氏体相变的材料只显示有限的记忆效应。
2．形状记忆效应基本原理在Ti-Ni基、Cu基和Fe基形状记忆合金中，形状记忆行为产生的原因各不相同。
就Ti-Ni基和Cu基形状记忆合金而言，主要是热弹性马氏体相变具有晶体学的可逆性以及不同马氏体间的自协调，而母相是有序的。
转变方式可以是以孪晶为不变点阵切变( 形成全部为孪晶的亚结构) ，如Ti-Ni 合金; 或以层错作为不变点阵切变，如Cu-Zn-Al合金。
就Fe基形状记忆合金而言，如Fe-Mn-Si，其母相为无序，马氏体转变也是非热弹性的，其形状记忆效应是通过应力诱发产生的Shockley不全位错的可逆移动导致的马氏体正逆相变。
三、铁基形状记忆合金分类根据马氏体相变特征，可以把铁基形状记忆合金分成以下3类：①Fe-Mn-Si系；②Fe-Ni-Co-X系；③Fe-Pt，Fe-Pd系等。
特征归纳见表1.1.Fe-Mn-Si系合金铁基形状记忆合金中，Fe-Mn-Si系合金是迄今为止应用前景最好的一种合金。
Fe-Mn-Si系合金是利用应变诱发马氏体相变的一种形状记忆合金。
Sato 等人利用利用马氏体相体积变化小的特点先后在Fe-Mn-Si单晶和多晶中发现了形状记忆效应。
由于利用体积变化小，能抑制滑移变形的相，近三十年开发出几乎与铜基形状记忆合金具有相同形状记忆效应的Fe-Mn-Si 系合金，如：Fe-30Mn-1Si(单晶)，Fe-(28-33)Mn-(4-6)Si，Fe-Mn-Si-Ni-Cr 等。
由于其成本低、强度高、具有良好的冷加工性能而引起人们的广泛关注。
1.1.Fe-Mn-Si系形状记忆合金中的马氏体相变及其影响因素Fe-Mn-Si系合金，其母相为无序，马氏体转变也是非热弹性的，其形状记忆效应是通过应力诱发产生的Shockley不全位错的可逆移动导致γ(fcc)→ε(hcp)的马氏体正逆相变。
该类合金要想得到完全的形状记忆效应必须满足2个条件： 合金变形时，只发生应力诱发马氏体相变而不发生位错滑移，这就要求奥氏体具有更高的屈服强度；②应力诱发的马氏体相变必须为可逆相变，这就要求马氏体界面可牵动。
1.1.1.化学成分的影响1)1971年在Fe-18.5Mn合金中发现了部分形状记忆效应，回复率η只有10%。
但若继续增加Mn的含量，则γ相会更稳定，γ→ε转变就很难发生，因而更高含量的二元Fe-Mn合金没有形状记忆效应。
此外Fe-Mn合金的此型转变点温度T N Y（Neel温度）随着Mn含量的增加而升高，当T N Y>MS时，母相先发生顺磁→反铁磁转变，结果使γ相在反铁磁状态稳定下来，很难发生γ→ε相变。
2)80年代初日本学者A.Sato 开发了Fe-Mn-Si系形状记忆合金，Si的加入促进了γ→ε相变，因而获得了形状记忆效应，Si的作用表现在3个方面。
①Si的加入降低了γ的反铁磁态的转变温度(T N Y)，如Si含量达到6%时，T N Y<Ms,这时合金呈现良好的形状记忆效应。
②Si可强化γ相使合金形变时不易产生永久性滑移,从而可提高合金的形状记忆效应。
③Si降低了γ相的层错能，ε马氏体可由母相中的层错形成,层错能降低,γ中肖克莱(Shockley)不全位错易于活动,有利于γ→ε相变。
3)Murakami等系统地研究了Mn、Si含量对多晶Fe-Mn-Si形状记忆效应的影响，如图2所示。
可见当w(Mn)=29%~30%、w(Si)=5%~6%时,恢复率最高达90%以上,最高可恢复应变达4%,当w(Si)<5%时恢复率急剧下降,所以Si是获得形状记忆效应的关键性元素。
4)司乃潮等人研究稀土对Fe-Mn-Si-Ni-C合金形状记忆效应的影响。
稀土能够明显细化合金的金相组织，显著提高合金的形状记忆效应，并使合金表现出微弱的双程记忆效应。
稀土元素添加后降低了应力诱发ε马氏体稳定化。
Huang等人在Fe-25Mn- 6Si-5Cr形状记忆合金中添加0.032%~0.46% ( 质量分数，下同) 稀土元素，当稀土含量小于0.3%时，合金的形状回复速率明显加快;经过2次训练后，回复达到了100%。
稀土元素的添加，降低了Fe-Mn-Si合金的层错能，同时细化了奥氏体晶粒，从而提高了合金的形状记忆性能。
1.1.2.热机械处理的作用固溶处理和热机械处理训练使合金母相奥氏体产生强化作用，使其在应力诱发马氏体相变过程中不易发生滑移变形，从而改善了合金的形状记忆效应。
程晓敏等人研究了热—机械处理训练对Fe- 20Mn-5Si-5Cr-3Ni形状记忆合金性能的影响，结果表明，热—机械处理训练能够有效提高合金的形状回复率，在600℃进行中间退火，形状回复率较好; 热—机械处理训练次数为3次时，形状回复率达到最大值（98%）。
2.Fe-Ni-Co-X系合金通过引入沉淀元素强化基体，同时降低马氏体相变体积变化量，使马氏体相变由非热弹性转变为热弹性，由此开发获Fe-Ni- Co-X系列形状记忆合金其中，Ni是马氏体相变温度的决定元素Co有助于降低马氏体相变体积变化，X为析出元素,包括Al，Ti，Si，Ta等。
Fe-Ni-Co-X系合金通过γ→薄片状α′马氏体及其逆相变呈现记忆效应。
通过控制γ′相（NiCo）3X沉淀的状态，调控马氏体相变的特征（包括温度、热滞、马氏体形态和结构参数等），从而优化形状记忆效应和超弹性。
Maki等认为，沉淀提高母相合金的硬度，并增大马氏体正方度(c/a),降低了马氏体相变热滞，使马氏体形态从孪晶+位错结构的透镜状转变为完全孪晶的薄片状，从而实现Fe-Ni-Co-X近乎完全的形状记忆效应。
3.Fe-Pt，Fe-Pd系合金Fe-Pt合金通过调整母相的有序度影响马氏体相变特征，使其由非热弹性转变为热弹性，从而具备形状记忆效应。
Wayman最早在1971年发现Fe-25Pt%合金经γ→α呈现形状记忆效应。
母相在时效过程中形成L12型的有序结构，随着母相有序度的增加，其马氏体相变温度由非热弹性改变为热弹性，并呈现完全形状记忆效应。
Motu等发现，Fe-25Pt%合金ε马氏体相变温度会随母相有序程度的提高而降低。
当有序达到某一程度，ε马氏体相变会被压制，而出现另一种马氏体相变，形成四方结构( fct) 马氏体，2种马氏体相变为各自独立、相互竞争的关系。
Kakeshita发现，四方结构( fct) 马氏体会在磁场下发生孪晶界面迁移，实现磁控形状记忆效应。
四、铁基形状记忆合金的应用铁基形状记忆合金由于价格低廉、易制造和易加工而引起人们的极大兴趣,并在管道连接、形状记忆夹具、紧固件等组合部件方面开始获得应用,特别是在近几年,我国开发成功的管接头已在石油、化工、市政建设等领域获得应用。
表2给出了几种已开发的铁基形状记忆合金的成分、性能及应用状况。
可以看出,Fe-Mn-Si系和Fe-Mn-Si-Cr-Ni系合金的应用状况比较好。
对于Fe-Ni-Co-Ti合金,当成分和时效温度不同时,合金的热滞会有很大变化,既可表现出热弹性,也可表现为非热弹性。
因此,可根据不同的需要调节热滞的大小。
如对于热敏元件,要求热滞小;而热滞大的合金,在Ms点以下深冷变形后,室温下仍能保持马氏体状态,便于保存。
