形状记忆合金的微尺度力学行为

形状记忆合金热力学行为的模拟
形状记忆合金热力学行为的模拟
基于塑性流动法则和马氏体相变动力学,引入马氏体体积分数和相变应力间的关系,对形状记忆合金的热力学行为进行了模拟,算例表明本文提出的形状记忆合金本构模型与实验结果比较吻合,且实施起来简单易行;最后还用该本构模型进行了有限元分析.
作者：刘爱荣潘亦苏周本宽作者单位：西南交通大学,工程科学研究院,四川,成都,610031 刊名：计算力学学报 ISTIC EI PKU 英文刊名：CHINESE JOURNAL OF COMPUTATIONAL MECHANICS 年，卷(期)：2002 19(1) 分类号：O24.82 TG139+.6 关键词：形状记忆合金本构关系相变有限元。

5.1 形状记忆原理
5.1.1 热弹性马氏体相变
马氏体相变首先在钢中发现。
钢（碳溶解到γ——铁中形成的固溶体）在高 温时形成奥氏体相，如以极大的冷却速度过冷 到230℃以下，这时奥氏体中的碳原子已无扩 散的可能，奥氏体将直接转变成一种含碳过饱 和的α固溶体，称为马氏体。
马氏体相变之后在钛、锂等金属，合金 及氧化物晶体中发现。
解决措施：
（1）冷加工：对 该状态的材料进 行 应 变 量 大 于 20 ％的深度加工， 产生高密度位错 提 高 σs( 滑 移 形 变 抗力)，可消除上 述影响。
（2）时效处理使 合金形成稳定析 出物，也可以阻 止滑移形变的进 行，达到稳定相 变温区的目的。
图5-11 Ti-Ni50.6(at)％合金时效处理后的相变热循环 (1273K/3.6ks固溶，673K/3.6ks时效)
（2）形变循环的影响及措施：
形变循环对伪弹性的影响除应力大小外， 与形变方式也有很强的依存关系。
措施：对时效处理材料进行冷加工的综 合处理或“训练”，可以维持更稳定的伪弹 性动作。
过程4：
将变形马氏体加热到As点以上，马氏体 发生逆转变，因为马氏体晶体的对称性低， 转变为母相时只形成几个位向，甚至只有一 个位向—母相原来的位向。尤其当母相为长 程有序时，更是如此。当自适应马氏体片群 中不同变体存在强的力学偶时，形成单一位 向的母相倾向更大。逆转变完成后，便完全 回复了原来母相的晶体，宏观变形也完全恢 复。
1. Ti-Ni合金结构
Ti-Ni合金中有三种金属化合物：Ti2Ni，TiNi 和TiNi3，TiNi的高温相是CsCl结构的体心立方晶 体(B2)，低温相是一种复杂的长周期堆垛结构B19， 属单斜晶系。高温相(母相)与马氏体之间的转变温 度(Ms)点随合金成分及其热处理状态而改变。

TiNi形状记忆合金的马氏体观察及微观力学性能分析ΞOBSERVATION OF MARTENSITE AN D ANALYSIS OF MICR O2MECHANICALPR OPERTIES IN TiNi SHAPE MEMOR Y ALLOY何健英ΞΞ　高克玮 褚武扬 乔利杰(北京科技大学材料物理系,北京100083)HE JianY ing　G AO K eWei　CHU WuY ang　QI AO LiJie(Department o f Materials Physics,Univer sity o f Science and Technology Beijing,Beijing100083,China)摘要　利用金相显微镜和纳米压痕仪观察T iNi形状记忆合金的应力诱发马氏体和氢致马氏体形貌,并分析T iNi合金不同组织的微观力学性能。

其中应力诱发马氏体呈板条状突起,而氢致马氏体和氢化物呈不规则突起。

同时发现T i2 Ni合金充氢组织的微观硬度和弹性模量最高,而马氏体组织的硬度高于奥氏体相,其弹性模量低于奥氏体相。

关键词　TiNi　应力诱发马氏体　氢致马氏体中图分类号　T B381Abstract　The topography of stress2induced martensite and hydrogen2induced martensite have been observed in T iNi shape mem ory alloy.Martensite was found to appear when the specimen were loaded or were charged with hydrogen.The stress2induced martensite looked like battens,and the hydrogen2induced martensite was the irregular blocks.The hardness and elastic m odulus of T iNi shape mem2 ory alloy have been measured by using nanoindentation method.The results showed charging with hydrogen increased the hardness and elastic m odulus of T iNi alloy,and the hardness of martensite was higher than austenite while elastic m odulus was lower.K ey w ords　TiNi;Stress2induced m artensite;H ydrogen2induced m artensiteCorresponding author:HE JianYing,E2mail:miaoerhe@,Tel:+86210262334499The project supported by the National K ey Basic Research and Development Programme of China(N o.G1*******).Manuscript received20040420,in revised form20040624.1　引言T iNi形状记忆合金已经在很多领域获得广泛的应用[1]。

超弹性形状记忆合金丝(NiTi )力学性能的试验研究左晓宝李爱群　倪立峰陈庆福(南京理工大学,东南大学)(东南大学)(江苏法尔胜集团公司)摘要:从土木工程振动控制的角度出发,通过NiT i 形状记忆合金丝处于超弹性状态下的力学性能试验,研究温度、加载速率、应变幅值、循环次数等加载工况对形状记忆合金的相变应力、耗能能力、变形模量及残余应变等力学性能参数的影响规律,并给出了各力学性能参数与主要影响它的加载工况之间的关系。

试验和分析结果表明,处于超弹性状态下的形状记忆合金具有良好的耗能阻尼性能、较大的可恢复变形能力和很高的结构驱动能力,可满足土木工程结构振动控制的需要。

关键词:形状记忆合金;智能材料;超弹性;力学性能;振动控制中图分类号:T U31113,P3151976 文献标识码:A 文章编号:10002131X (2004)1220010207AN EXPERIMENTA L STU DY ON THE MECHANICA L BEHAVIOR OF SUPERE LASTIC NiTiSHAPE MEMOR Y A LLOY WIRESZuo Xiaobao1,2　Li Aiqun 2　Ni Lifeng 2　Chen Qingf u3(1.Nanjing University of Science and T echnology ,2.S outheast University ,3.Jiangsu Fasten G roup C om pany )Abstract :An experimental study is com pleted on the mechanical behavior of specimens of superelastic NiT i shape mem ory al 2loy (S M A )wires for vibration control in civil engineering.T em perature ,strain rate ,strain am plitude and cyclic number are considered as test parameters to investigate their effects on the mechanical parameters such as phase trans formation stress ,ener 2gy dissipation ,effective stiffness and residual strain.The relation ship between every mechanical parameter and its correspond 2ing loading factor is proposed.The experimental results show that the characteristics of the superelastic S M A wire ,such as high energy dissipation ,large restoring deformation and high driving force ,are suitable for vibration control in engineering.K eyw ords :shape mem ory alloy ;smart material ;superelasticity ;mechanical behavior ;vibration control收稿日期:2002212223,收到修改稿日期:2004205210国家自然基金重点项目:(50038010)1　引 言结构的振动控制是当今土木工程界关心的重点问题之一,人们总是在探求各种方法来减轻振动给工程结构带来的危害。

此后的40多年的研究过程中，在相变理论应用研究上都取得了很 大的成就。目前已发现具有形状记忆效应的合金涉及7、8个合金 系，达几十种合金。其中Ni-Ti合金和Cu基合金已进入工业应用， 其范围涉及国防、汽车、机械、能源、交通、生物医学及及常生 活等领域。
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形状记忆合金演示实验
材料在一定的温度下会恢复一定的形状，仿佛记住了 温度所赋予的形状一样。
铜基形状记忆合金则以其加工制造容易、价格低廉、导电导热率 高而在某些动作频次要求不很高的场合获得了广泛的应用，特别适用 于制作各种热保护元件，如淋浴器防烫阀门、消防防火阀门、通信器 材防雷击器材等装置中的热驱动元件。
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五、 形状记忆合金的应用
1. 工程应用
（1）连接紧固件 利用优良的形状记忆效应制成各种连接紧固件，如管接头、紧固
和Cu-Al-Ni系，近年来又发展了Cu-Al-Mn系。
(2) 影响铜基合金形状记忆效应的因素
1) 母相有序
2) 母相晶粒度
母相晶粒度尺寸粗化，将使Ms温度上升。回复量随晶粒增加，
先上升，后下降。
3) 形变度
在马氏体状态形变，存在一个临界应变值εL，当ε＜ εL时，形状
回复率η随ε的增加而增加；当ε＝ εL时，形状回复率η可达100%；当
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(3) Ni-Ti形状记忆合金薄膜 用溅射法制备Ni-Ti合金薄膜，在衬底温度低于200℃时，所得到
的Ni-Ti薄膜呈非晶态，不显示形状记忆效应。经过400℃上温度晶化 处理后，才能获得形状记忆效应。
在恒应力作用下，Ni-Ti合金薄膜(尤其是近等原子比的Ni-Ti合金 薄膜)的Ms温度和可恢复应变随热循环次数的增加而显著升高，随后 达到某一稳定值。而且，富镍Ni-Ti合金薄膜在经约束时效后可获得良 好的双程形状记忆效应。

浅谈形状记忆合金力学性能及其工程应用形状记忆合金(Shape Memory Alloy)，简称SMA，自1963年在美国海军实验室被发现以来，如今已经在机械，航空航天，生物医学等诸多领域都得到了广泛地研究和应用。

SMA一般分为镍钛系，铜系和铁系三大类。

顾名思义，形状记忆合金是具有记忆效应的特殊合金材料，实际上除了形状记忆效应SMA还具有伪弹性，形状记忆合金含有以上两个力学性质。

一般金属受到外力产生弹性变形，随着继续加载，金属在到达屈服点之后将产生不可恢复的塑性变形，应力去除之后材料不能恢复到原来的初始状态。

但是如果将产生塑性变形的金属加热到一定温度之上，材料就能恢复到产生变形之前的状态(恢复变形可达8%的应变量)这就是形状记忆效应。

所谓伪弹性，即当温度高于奥氏体的转换温度(此温度不存在马氏体)，加载的应力超过弹性极限的时候，材料产生非弹性变形且稳定存在于该应力水平的持续作用下，一旦应力消除即使不采用加热的方式材料也能恢复到变形状态前的性质。

综上，在SMA中马氏体相变不仅由温度引起，应力也可以诱发马氏体相变。

二者在本质上是一致的，伪弹性是在加载过程中产生应力诱导的马氏体相变，当外力消失后发生马氏体逆相变回到原来的状态，而形状记忆效应那么是通过加热产生马氏体逆相变回到原来的状态。

下面从材料结构和微观组织方面更进一步介绍。

形状记忆合金是具有马氏体相和奥氏体相且二者能相互转化的两相材料。

马氏体是铁碳合金从高温奥氏体(具有面心立方结构)经过急冷淬火后会变得比拟硬，经过抛光浸蚀后在显微镜下观察到的致密组织，其结构是基于奥氏体立方结构某一个面上原子联动所引起的切变型晶格的斜方结构。

马氏体开始相变的温度记为Ms，终了温度以Mf表示。

在加热过程中，奥氏体相变开始的温度用As表示，终了温度为Af。

一般的As>Ms，Af>Mf。

根据马氏体相变温度与奥氏体相变温度之差(As-Ms)以及马氏体的生长方式可分为：热弹性马氏体相变和非热弹性马氏体相变。

TiNiFe形状记忆合金的变形行为及微观组织演变规律的研究摘要：本文对TiNiFe形状记忆合金的变形行为及微观组织演变规律展开研究。

采用XRD、SEM、TEM等多种手段对合金样品进行了表征。

结果表明，TiNiFe合金具有良好的形状记忆效应，并且在不同应变条件下，其变形行为具有明显差异。

在较小应变下，TiNiFe合金表现出显著的弹性行为，而在高应变下则呈现出显著的塑性变形。

此外，在不同应变条件下，合金的微观组织演变规律也存在差异。

最终，本文通过分析TiNiFe合金的变形机制，探究了其优良机械性能的内在原因，为形状记忆合金制备、应用等方面的研究提供了参考。

关键词：TiNiFe形状记忆合金，变形行为，微观组织演变规律，应变条件，变形机制1. 引言形状记忆合金具有普通金属所不具备的非常优秀的功能特性，被广泛应用于机械、航空、汽车、电子等领域。

然而，随着时代的发展，对形状记忆合金的性能要求也越来越高。

当前，相当一部分形状记忆合金在高应力条件下出现损坏、失效等问题，影响了其应用。

因此，对形状记忆合金的变形行为及微观组织演变规律进行深入研究，是开展形状记忆合金改性研究的关键。

2. 实验部分本文选取TiNiFe形状记忆合金为研究对象，采用XRD、SEM、TEM等表征手段分别对其进行结构表征和微观形貌观察。

同时，对合金在不同应变条件下的变形行为进行测试，并结合微观组织的变化，探究TiNiFe形状记忆合金在变形条件下的演变规律。

3. 结果与讨论3.1 结构表征实验结果表明，TiNiFe形状记忆合金呈现出反时针旋转式单斜晶系结构，晶体中包含Ti、Ni、Fe等元素，杂质含量较低。

此外，合金中的镍与铁原子呈现出类似于晶粒的存在状态，与Ti原子呈现出穿插状态。

3.2 变形行为在不同应变条件下，TiNiFe合金的变形行为具有明显差异。

在较小应变下，合金表现出显著的弹性行为；而在高应变下，则呈现出显著的塑性变形。

具体而言，当应变小于10%时，变形过程以晶体的弹性形变为主，合金不出现明显的塑性变形。

其中，应力－应变关系表现出明显的非线性，这种非线性 弹性和相变密切相关，叫相变伪弹性(Transformation Pseudoelasticity)，也叫超弹性。
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形状记忆合金发生超弹性变形的应力应变曲线
(Ms温度以上加载）
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形状记忆合金的相变伪弹性和热弹性马氏体相变在本 质上是同一现象。
60
40
20
0
270
290 310 330 350 温度/K
MS AS 275K
环境温度
2020/10/21Cu-34.1-Zn-1.8Sn合金Ms与拉伸应力的关系
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相变伪弹性（超弹性）
产生热弹性M相变的形状记忆合金，在Ms温度以上由应力 诱发产生的M只在应力作用下才能稳定存在，应力一旦解除， 立即产生逆相变，回到母相状态，在应力作用下产生的宏观变 形也随逆相变而完全消失。
应力所加对象 不同：
前述(彼)： 马氏体 此：奥氏体
施加应力前后
前述(彼)： 无
有无M相变：
此：有
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当形状记忆合金受到的剪切分应力小于滑移变形或孪生变 形的临界应力时，即使在Ms之上也会发生应力诱发M相变，即 外部应力使相变温度上升。
应力/MPa 140
120
加载
100
卸载
80
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性能特点： 优点：制造加工容易，价格便宜，具有良好的记忆
性能，相变点可在一定温度范围内调节，不 同成分的Cu-Zn-A1合金相变温度不同。
缺点：强度较低，稳定性及耐疲劳性能差，不具有 生物相容性。
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形状记忆合金的力学性能与本构模型研究一、内容综述形状记忆合金（Shape Memory Alloys, SMA）是一类具有形状记忆效应（Shape Memory Effect, SMA）和超弹性（Superelasticity）特性的先进功能材料。

自20世纪70年代以来，形状记忆合金在生物医学、航空航天、电子器件等领域得到了广泛关注和应用。

本文从形状记忆合金的力学性能与本构模型两个方面进行综述，重点介绍近年来在这些领域的研究进展与挑战，并展望未来的发展趋势。

在力学性能方面，主要讨论了形状记忆合金的高温马氏体相变特性、超弹性行为、应力诱导相变等现象。

高温马氏体相变使得SMA在温度变化时发生可逆的形状记忆效应，而超弹性则赋予了材料在受到力的作用下发生显著形变的能力，同时在外力消失后又能够恢复到原始形状。

这些独特的力学性能使得SMA在各应用领域展现出了巨大的潜力。

在本构模型方面，重点介绍了各向同性、非各向同性以及各向异性等类型的本构模型。

各向同性本构模型可以描述形状记忆合金在单一取向下的力学行为，而非各向同性本构模型则需要考虑材料的各向异性效应，以更准确地描述其在不同方向上的力学响应。

一些学者还提出了包含塑性和蠕变效应在内的多尺度本构模型，以更全面地反映形状记忆合金在实际工程应用中的复杂力学行为。

值得注意的是，虽然目前对形状记忆合金的研究已取得了显著进展，但仍存在诸多挑战和问题需要进一步研究和解决。

如何提高材料的塑性以提高超弹性的使用范围，如何降低材料在长时间加载过程中的疲劳损伤等。

未来的研究应继续关注形状记忆合金在力学性能与本构模型方面的研究进展，并着眼于解决现有的问题和挑战，以实现其在各领域的广泛应用和更高性能表现。

1. 形状记忆合金的发展和应用形状记忆合金（SMA）是一种具有独特力学性能的材料，能够在受到外部刺激（如温度、电流、磁场等）时发生形状的改变和恢复。

这种材料在许多领域都有着广泛的应用前景，如航空航天、生物医学、机器人科学以及精密仪器等。

基于振子模型的镍钛形状记忆合金微摩擦力研究潘柏平;方燕飞;王亚珍;黄平【摘要】An oscillator model was set up to study on micro⁃friction between the contact surfaces. The friction between two atomic of NiTishape⁃memory alloys was calculated using oscillator model,and the friction force of NiTi shape⁃memory alloys at the martensite phase and austenite phase was measured through atomic force microscope ( AFM ) . Results show that,at nanoscale,friction is greatly influenced by load and surface physical property,such as elastic modulus,Poisson’ s modulus,and lattice constant.The friction coefficient of martensite phase is lower than that of austenite phase.Theoretical a⁃nalysis and experimental results are consistent,which confirms that the atomic scale friction force calculation using oscilla⁃tor model conforms to the actual situation.%为研究接触表面之间的微摩擦力，建立振子模型。

形状记忆合金热力学行为的模拟形状记忆合金（Shape Memory Alloy，SMA）是一种具有可塑性的金属材料，其特性在于它能够根据预先设定的变形参数进行记忆与恢复，从而被广泛应用于航空、船舶、汽车等工业领域。

形状记忆合金的热力学行为是一个十分复杂的过程，模拟形状记忆合金热力学行为可以帮助我们更准确地理解其内部结构，从而更好地利用这种材料。

形状记忆合金热力学行为的模拟，主要包括三个步骤：第一步，建立形状记忆合金表征模型。

形状记忆合金的模型可以用来表征其物理参数，如弹性应力、塑性应力、形变量、温度等，以及其在不同条件下的变形情况。

第二步，应用计算机模拟方法。

确定形状记忆合金的物理参数后，可以使用计算机模拟的方法，如有限元分析、流体动力学等，对形状记忆合金的热力学行为进行模拟。

这些模拟方法可以模拟形状记忆合金在不同温度、不同应力、不同外界条件下的变形及其他物理性质。

第三步，根据模拟结果进行分析。

计算机模拟所得到的结果可以为形状记忆合金热力学行为的进一步研究提供重要参考，通过对结果的分析，可以更好地理解形状记忆合金的内部结构，从而更好地利用这种材料。

形状记忆合金的热力学行为模拟，不仅可以模拟形状记忆合金的变形，还可以模拟其在不同温度、不同应力、不同外界条件下的其他物理性质。

通过形状记忆合金热力学行为模拟，可以更好地理解其内部结构，从而更好地利用这种材料。

形状记忆合金的发展，使得这种材料的应用非常广泛。

在航空、船舶、汽车等工业领域中，形状记忆合金的特性可以极大地改变产品的性能，从而大大提高产品的质量和使用寿命。

因此，模拟形状记忆合金热力学行为对于充分挖掘形状记忆合金的应用价值，尤其是在工业应用中，显得尤为重要。

模拟形状记忆合金热力学行为，需要充分考虑形状记忆合金的物理参数，比如弹性应力、塑性应力、形变量、温度等，并将其考虑在建立形状记忆合金表征模型中。

此外，还需要运用计算机模拟的方法，如有限元分析、流体动力学等，来模拟形状记忆合金的热力学行为，根据模拟结果进行分析，以便更好地理解其内部结构，从而更好地利用这种材料。

形状记忆合金微执行器的高精度驱动控制形状记忆合金微执行器是一种具有形状记忆效应的新型微表面加工技术和微力学力传感器技术相结合的高精度微操作装置。

它具有运动精密、响应速度快、功耗低等优点，并被广泛应用于精密机械制造、光学器件调整、微电子系统等领域。

本文将介绍形状记忆合金微执行器的驱动控制技术。

形状记忆合金微执行器的基本原理是利用形状记忆合金材料在相变过程中的体积变化，实现微执行器的位移、力量控制。

该材料的相变温度及形变大小与合金的成分和调质工艺有关。

在形变过程中，形状记忆合金微执行器具有表观弹性模量和强度，能够承受较大的载荷，具有良好的稳定性和可靠性。

形状记忆合金微执行器的驱动控制技术包括机械、电磁、热力等多种方式。

其中，电磁驱动是最常用的方式，主要包括电磁激励和磁控溅射技术。

电磁激励驱动技术是利用交变电流在线圈中产生的磁场作用于形状记忆合金杆的质量，使其产生振荡，从而实现微执行器的运动。

该技术具有控制精度高、驱动力大、响应速度快等优点，但由于电磁感应与其他电磁干扰易发生，在工作过程中需要进行恰当的屏蔽和抑制。

磁控溅射技术是将形状记忆合金微执行器置于磁场中，经过蒸发沉积等特殊工艺制作成薄膜，并通过外加电压控制膜厚度的变化来实现微执行器的控制。

该技术具有制造成本低、驱动力小、响应速度快、尺寸小等优点。

但由于操作复杂、工艺控制难度大，在生产过程中需要运用仪器仔细检测和控制。

在驱动控制方面，一种流行的方式是采用PID（比例、积分、微分）控制系统。

PID控制技术是通过对执行器输出信号与目标信号的误差进行测量，通过比例、积分、微分的计算，生成合适的控制信号，控制执行器运动。

PID控制系统可实现良好的控制精度和稳定性，是常用的驱动控制方式。

总之，形状记忆合金微执行器的驱动控制技术是一个具有挑战性和重要性的研究领域。

未来，随着科技的不断发展，控制技术将得到进一步改善和提升，形状记忆合金微执行器将在更广泛的领域得到应用。

马氏体相变的特征温度 （形状记忆效应的特征 温度） Ms:马氏体相变开始点 Mf:马氏体相变结束点 As :逆马氏体相变开始点 Af :逆马氏体相变结束点
定义(As-Ms)为马氏体相 变的热滞后 马氏体与母相的平衡温度
∆G（T）PM是母相转变为马氏体的驱动力； ∆Gc PM是母相转变为马氏体的化学驱动力 （∆Gc PM=G M -G P）；∆Gnc PM是非化学 驱动力，主要是相变时新旧相体积变化而 产生的应变能；∆Gs是指弹性应变能以外的 相变阻力，近似看作定值。
热弹性马氏体相变
• 热弹性马氏体相变的晶体学特征
– 具有晶体学可逆性：表现为马氏体晶体结构在 逆相变中回复到了原来母相的晶体结构，以及 在晶体位向上也得到了完全的回复 – β相合金的晶体结构持征及其分类
• • β合金：母相是体心立方结构类型的形状记忆合金 β合金分3类
– 马氏体相的周期堆垛结构 – 热弹性马氏体相变中的晶体结构对应关系
• •
马氏体相变是切变性相变
• 切变性相变：从母相到马氏体相的转变过程是以切 变方式进行的，是靠母相和新相界面上的原子以协 同的、集体的、定向的和有次序的方式移动，实现 从母相到马氏体相的转变 • 实验证明
– 浮凸：预先磨制抛光好的试样，当激冷发生马氏体相变 后，在试样表面能观察到宏观的倾斜的隆起 – 折线：在发生马氏体相变前，在试样上刻上一条直线， 发生马氏体相变后，刻痕直线受折，有的时候会被折成 几段，但直线仍然保持连续
马氏体相变晶体缺陷与相变可逆性
• 马氏体内一定有晶体缺陷存在，这些缺陷 包括孪晶、高密度位错、层错等
– 高碳钢晶体缺陷：孪晶 – 底碳钢晶体缺陷：高密度位错 – 有色合金晶体缺陷：层错或孪晶
• 马氏体相变具有可逆性：在冷却过程中形 成的马氏体，经过加热后可以通过马氏体 逆转变回到母相状态。

形状记忆聚合物力学行为及其物理机制全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：形状记忆聚合物是一类具有特殊性能的聚合物材料，可以在外部刺激的作用下实现形状的改变和恢复，具有广泛的应用前景。

形状记忆聚合物的力学行为及其物理机制一直是研究的焦点之一，对其进行深入的探究有助于揭示其内在机理并拓展其应用领域。

形状记忆聚合物的力学行为是其能够实现形状记忆的重要基础。

通常情况下，形状记忆聚合物可以分为两种类型：一种是单向形状记忆，另一种是双向形状记忆。

单向形状记忆聚合物在外部刺激下仅能实现一种形状的记忆和转变，如拉伸或压缩后的形状记忆；而双向形状记忆聚合物则可以实现两种或多种形状的记忆和转变，如可以在拉伸和压缩后实现形状的转变。

这些形状记忆聚合物的力学行为受到其分子结构和内聚力的影响，不同类型的形状记忆聚合物在实际应用中具有不同的优势和特点。

形状记忆聚合物的力学行为受到多种因素的影响，包括温度、形状记忆转变速度、应力和形变等。

其中最主要的是温度的影响，因为形状记忆聚合物的形状转变通常是在温度变化的作用下实现的。

形状记忆聚合物通常具有一个临界温度，当温度超过这个临界温度时，形状记忆聚合物会发生形状转变；而当温度低于临界温度时，形状记忆聚合物可以恢复到原来的形状。

除了温度影响外，形状记忆聚合物的力学行为还受到外部应力和形变的影响，不同的形状记忆聚合物在外部应力和形变作用下的力学行为也有所不同。

形状记忆聚合物的力学行为及其物理机制是其形状记忆功能的基础，对其进行深入研究有助于揭示其内在机理和拓展其应用领域。

未来随着科技的不断发展和进步，形状记忆聚合物必将在医疗、航空航天、智能材料等领域发挥出更大的作用，为人类社会带来更多的便利和进步。

第二篇示例：形状记忆聚合物是一种特殊的聚合物材料，具有在外界刺激下改变形状并可以恢复原状的特性。

其具有广泛的应用前景，包括智能材料、生物医学器械和柔性机器人等领域。

在形状记忆聚合物的力学行为和物理机制研究中，我们主要关注其变形能力、应力传递机制和相变动力学等方面。

记忆效应的发现
形状记忆效应最早是1932年由Olander在研究Au-Cd合金时发 现的，但一直没有引起足够的重视。直到1963年，美国海军武 器实验室布勒( W.J.Buehler) 等，奉命研制新式装备，需要TiNi 合金丝，因为领回来的TiNi合金丝是弯曲的，使用不方便，于 是他们就将细丝拉直，试验中，当温度升到一定值的时候，已 经被拉直的TiNi合金丝，突然又全部恢复到原来弯曲的形状， 而且和原来一模一样，反复作了多次试验，结果证实这些细丝 确实有“形状记忆力”。后来他们研制出具有实用价值的TiNi 形状记忆合金。
3.6.2 测量方法
形状记忆合金相变温度主要包括：加热时马氏体逆 转变的开始温度As；马氏体逆转变的终了温度Af；冷 却时马氏体转变的开始温度Ms；冷却时马氏体转变的 终了温度Mf。
目前的测量方法有：变温X射线法，热分析法（热 差分析法DTA。差示扫描法DSC），膨胀法，声发射法， 电阻法。各种方法的优缺点如下：
(4) 电阻效应：降温时，当温度到SMA马氏体相变开始温度 (Ms)时，其电阻率显著增加；升温时，当温度达到奥氏体相变 开始温度(As)时，其电阻率显著降低。用于制作温度传感器。
3 形状记忆合金本构方程及参数测量
形状记忆材料的特殊行为给本构关系的描述带来了很大难 度，直到1979年Mulel构造了超弹性体的相变模型，关于形状 记忆合金本构关系的研究才大规模地展开。在过去的20多年， 各国学者从各种不同角度构造了不同类型的本构关系，主要可 以分为三大类:细观热动力学模型、细观力学模型和宏观唯象模 型。
3.6 基于热分析法(DSC) SMA相变温度的测量
3.6.1 测试原理
物质在升温以及降温过程中，若发生了物理或化学 上的反应，就会有热量的释放和吸收，从而在温度记 录曲线上有异常反映，我们将这种现象称之为热效应。

视频显微镜应用于形状记忆合金材料力学特性研究
朱启荣;倪凡;杨国标;罗烈
【期刊名称】《现代科学仪器》
【年(卷),期】2010(000)001
【摘要】本文探讨了微尺度、新型智能形状记忆合金材料力学性能的检测设备和技术方法.首先制作两组小尺寸形状记忆合金试件,再根据试件大小及其受力范围设计出合适的微型加载装置,然后借助视频显微镜观察并计算试件试验时的应变值,配合相对应的载荷值,得到两组试件各自的应力应变曲线,最后比较拟合两组曲线,得到试件材料的应力应变曲线,进而探讨了该类形状记忆合金材料的基本力学特性.【总页数】3页(P94-96)
【作者】朱启荣;倪凡;杨国标;罗烈
【作者单位】同济大学航空航天与力学学院同济大学国家力学实验教学示范中心,上海,200092;同济大学航空航天与力学学院同济大学国家力学实验教学示范中心,上海,200092;同济大学航空航天与力学学院同济大学国家力学实验教学示范中心,上海,200092;同济大学航空航天与力学学院同济大学国家力学实验教学示范中心,上海,200092
【正文语种】中文
【中图分类】O348
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适用于有限空间的微型形状记忆合金丝驱动器
李明东;马培荪;储金荻;奚汉达;程君实
【期刊名称】《上海交通大学学报》
【年(卷),期】2000(34)3
【摘要】形状记忆合金(ShapeMemoryAlloy,SMA)丝用于微小型机器人中作驱动器时,为了达到要求的输出位移,其长度往往会超出有限的可用空间.研究了产生这种现象的原因,并开发了一种使SMA丝在整个可用空间中呈三维状态分布的微驱动器.理论分析和试验结果表明,该驱动器克服了SMA丝直线驱动器和SMA螺旋弹簧驱动器的弱点,拥有比骨骼肌更好的力学性能.应用于微小型仿生机器人时,它可在满足输出位移要求的同时。

【总页数】4页(P366-369)
【关键词】形状记忆合金;驱动器;仿生机器人;微小型机器人
【作者】李明东;马培荪;储金荻;奚汉达;程君实
【作者单位】上海交通大学机械工程学院;上海交通大学信息存储研究中心
【正文语种】中文
【中图分类】TP242
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