浙江大学：《生物与医用材料》课程教学课件（讲稿）第二部分 医用材料及器械 第十二章 医用金属材料——钛镍形状记忆合金与牙齿正畸

第十二章钛镍形状记忆合金与牙齿正畸S812.1形状记忆效应1．马氏体相变与形状记忆效应马氏体相变的无扩散、切变型特点是形状记忆效应的基础-b图2-4高碳钢马氏体与试样表面相交时所出现的表面浮凸[12]

§ 12.1 形状记忆效应 1. 马氏体相变与形状记忆效应 马氏体相变的无扩散、切变型特点是形状记忆效应的基础 第十二章 钛镍形状记忆合金 与 牙齿正畸

试样表面Y71中脊面图2-5高碳钢马氏体形成时所出现的表面浮凸示意图

热弹性马氏体相变正逆相变温度差(As-Ms)小，相变临界驱动力小，是形状记忆效应的关键所在。1.00M,=-30℃0.75M,=58℃52.5:47.5As=390℃Au-Cd10.50A,=74℃C70:30Fe-Ni0.2500100300500-100200400温度/℃图2-1Fe-Ni和Au-Cd合金中马氏体相变的温度滞后

热弹性马氏体相变正逆相变温度差(As-Ms)小，相变临界驱动 力小，是形状记忆效应的关键所在

冷却AfM0奥氏体（母相）阻热滞（20℃）电马氏体AsMs加热IToMf温度T温度T(b)(a)图2-2热弹性马氏体相变温度范围(a)To>M;(b)To<M且A<M

如：Cu-26Zn-Al合金的临界相变驱动力为10.5J.mol-1.相变热滞后仅为10K；而Fe-30Ni合金为1000J.mol-l，相变热滞后为400K。小的相变驱动力和相变滞后，再加上记忆合金的有序晶体结构，保证了在微观上母相/马氏体相、马氏体不同变体之间始终保持共格关系，为变体之间的相互转换提供了必要条件

如：Cu-26Zn-Al合金的临界相变驱动力为 10.5J.mol-1 , 相变热 滞后仅为10K；而Fe-30Ni合金为1000 J.mol-1 , 相变热滞后为 400K 。 小的相变驱动力和相变滞后，再加上记忆合金的有序晶体结 构，保证了在微观上母相/马氏体相、马氏体不同变体之间始 终保持共格关系，为变体之间的相互转换提供了必要条件

100(011)110VIT10(100)101111(100）+Ⅲ010KOToIVtoiP朵o1t(011)101111111M110100(b)(c)(a)图2-9马氏体相变的自适应现象（a）马氏体片群，AB、CD表示4种马氏体变体：（b）一个马氏体片群形如金刚石（c）惯习面绕6个110分布，形成6个片群，自适应地形成24种马氏体变体，在这些马氏体变体中，有儿种确定的李晶关系即A-C（或B-D）和A-D（或C-B）李晶关系

24种马氏体变体人单晶母相冷却经马氏体相变由于自适应效应，无宏观形状改变加热时逆相变经形变(<M)回复原始形状变体再取向单晶马氏体单晶马氏体E卸载后无形状改变图2-12呈现形状记忆效应的过程示意图

2．单程形状记忆、全程形状记忆、和超弹性单程记忆WArAr<Me(b)图2-13形状记忆合金弹簧演示的记忆

2. 单程形状记忆、全程形状记忆、和超弹性

降600变九主多<M,200科电自典500L100400o024200应变E6300力红#麻间应100As餐200A,0402温度T应变e1000204应变e/%图2-8 Ni-Ti合金的应力一应变一温度之间的关系[46]

不锈钢丝sa超弹性NiTi记忆合金丝235701468Strain,%正常弹性与超弹性比较

正常弹性与超弹性比较