形状记忆合金之所以具有变形恢复功能，竟是因为它...

早前向大家介绍过形状记忆合金：

形状记忆合金（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。

那你知道形状记忆合金之所以具有变形恢复能力，是因为什么吗？

答案在于：其在变形过程中材料内部发生了热弹性马氏体相变。

形状记忆合金的形状记忆效应源于热弹性马氏体相变，这种马氏体一旦形成，就会随着温度下降而继续生长，如果温度上升它又会减少，以完全相反的过程消失。两项自由能之差作为相变驱动力。两项自由能相等的温度T0称为平衡温度。只有当温度低于平衡温度T0时才会产生马氏体相变，反之，只有当温度高于平衡温度T0时才会发生逆相变。

在形状记忆合金中，马氏体相变不仅由温度引起，也可以由应力引起，这种由应力引起的马氏体相变叫做应力诱发马氏体相变，且相变温度同应力呈线性关系。

那具体什么是马氏体相变呢？下面就来详细介绍：

一、马氏体相变

马氏体最初是在钢中发现的：将钢加热到一定温度后经迅速冷却，得到的能使钢变硬、增强的一种淬火组织。1895年法国人奥斯蒙为纪念德国冶金学家马腾斯，把这种组织命名为马氏体。人们最早只把钢中由奥氏体转变为马氏体的相变称为马氏体相变。20世纪以来，对钢中马氏体相变的特征累积了较多的知识，又相继发现在某些纯和合金中也具有马氏体相变。目前广泛地把基本特征属马氏体相变型的相变产物统称为马氏体。

二、马氏体相变特征

(1)伴随相变的宏观变形——浮凸效应。马氏体转变时的习性平面变形，在抛光的表面上产生浮凸或倾动，并使周围基体发生畸变。若预先在抛光的表面上划有直线刻痕，发生马氏体相变之后，由于倾动使直线刻痕发生位移，并在相界面处转折，变成连续的折线。检查马氏体相变的重要结晶学特征是相变后存在习性平面和晶面的定向关系。

(2)马氏体相变时不发生扩散，是一种无扩散转变，并且马氏体在化学组成上与母体完全相同。在相变时，母相中原子的位置是对称改变的，并且改变的距离小于品格中原子之间的间隔。这和成核一生长机理有着明显的差别。

马氏体相变是点阵有规律的重组，其中原子并不调换位置，而只变更其相对位置，其相对位移不超过原子间距，因而它是无扩散性的位移式相变。

(3)马氏体相变往往以非常高的速度进行，有时高达声速。在一个很宽的程度范围内，转变的动力学与温度无关；但是相变可因所受应力或应变而被加强或抑制。

(4)马氏体相变没有一个特定的温度，而是在一个温度范围内进行的。在母相冷却时，奥氏体开始转变为马氏体的温度称为马氏体开始形成温度，以  表示；完成马氏体转变的温度称为马氏体转变终了温度，以  表示。

三、惯习面

马氏体相变时在一定的母相面上形成新相马氏体，这个面称为惯习（析）面，它往往不是简单的指数面。马氏体形成时和母相的界面上存在大的应变。为了部分地减低这种应变能，会发生辅助的变形，使界面改变。图中马氏体呈透镜状，它具有中脊面，是孪晶密度很高的面，即γ面，这些马氏体内部的孪晶是马氏体内的亚结构。在钛基合金的马氏体中存在孪晶或（和）位错,在非铁合金中一般存在孪晶或层错。由图还可见到：在马氏体周围的母相（奥氏体）中形成密度很高的位错，这是在马氏体相变时，母相发生协作形变而形成的。由于马氏体相变时原子规则地发生位移,使新相(马氏体)和母相之间始终保持一定的位相关系。

四、可逆性

马氏体相变具有可逆性。当母相冷却时在一定温度开始转变为马氏体，把这温度标作Ms,加热时马氏体逆变为母相，开始逆变的温度标为As。图中表示Fe-Ni和Au-Cd合金的Ms和As,它们所包围的面积称为热滞面积,可见Fe-Ni马氏体相变具有的热滞大,而Au-Cd则很小。相变时的协作形变为范性相变时，一般热滞较大；而为弹性相变时,热滞很小。像Au-Cd这类合金冷却时马氏体长大、增多，一经加热又立即收缩，甚至消失。因此这类合金的马氏体相变具有热弹性，称为热弹性马氏体相变。

五、工业应用

马氏体相变规律在工业上的应用，已具显著效果。除马氏体强化普遍应用于钢铁外，

在钢铁热处理中还利用相变规律来控制变形，以及改善性能。

有些合金如（Au-Cd，In-Tl等）在受一定应力时会诱发形成马氏体，相应地产生应变，应力去除后马氏体立即逆变为母相，应变回复。这现象称为“伪弹性”。具有热弹性和伪弹性的部分合金中还具有“形状记忆效应”，即合金经马氏体相变后经过形变使形状改变，但经过加热逆变后对母相原来形状有记忆效应，会自动回复母相的原来形状。有的合金不但对母相形状，而且再次冷却时对马氏体形状也具有记忆效应称为“双程记忆效应”。利用这种效应制成的形状记忆合金，已可工业应用。

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