2.3.2雙程形狀記憶(Two Way Shape Memory，簡(jiǎn)稱(chēng)TWSM）
雙程形狀記加熱溫度超過(guò)Af時(shí)，壓緊彈簧伸長(zhǎng)；冷卻到低于時(shí)，它又自動(dòng)收縮。再加熱時(shí)，再次伸長(zhǎng)。這個(gè)過(guò)程可以反復(fù)進(jìn)行，彈簧顯示出能分別記憶冷和熱狀態(tài)下原有形狀的能力。雙程形狀記憶需要對(duì)合金進(jìn)行一定訓(xùn)練后才能得到，也就是把記憶合金制作的元件在外加應(yīng)力作用下，反復(fù)加熱和冷卻。當(dāng)合金加熱，恢復(fù)到它原來(lái)形狀時(shí)，即可輸出力而做功。通常可用這種合金的雙程記憶效應(yīng)，配上偏置彈簧制成各種驅(qū)動(dòng)器。
雙程記憶效應(yīng)需經(jīng)過(guò)一段訓(xùn)練才能得到。訓(xùn)練方法有兩種，用其中一種或兩種并用均可。
第一種方法是在以上反復(fù)形變，即反復(fù)形成應(yīng)力誘發(fā)馬氏體(SIM）。卸去外力后，試樣內(nèi)部形成的應(yīng)力狀態(tài)使Ms以下的馬氏體相變產(chǎn)生選擇性，造成某些變體易于形成，另一些變體則不出現(xiàn)，在母相轉(zhuǎn)變成馬氏體時(shí)，也會(huì)伴有顯著形變。這樣，正向和逆向轉(zhuǎn)變都伴有定向的形變，就獲得雙程記憶。第二種方法是形狀記憶合金循環(huán)法(SME）。首先淬成馬氏體，然后外加應(yīng)力變形，再加熱發(fā)生逆轉(zhuǎn)變就會(huì)并恢復(fù)原來(lái)形狀，如此反復(fù)處理多次，這祥也可獲得雙程記憶。若把SIM和SME聯(lián)合使用會(huì)得到更好的效果。
為了達(dá)到100%的可恢復(fù)率，應(yīng)變量應(yīng)限制在3%～9%之間，具體數(shù)值取決于不同的合金。實(shí)驗(yàn)表明，之所以有雙程記憶效應(yīng)，是因?yàn)楹辖鹬写嬖谥较蛐缘膽?yīng)力場(chǎng)或晶體缺陷。相變時(shí)，馬氏體容易在這種缺陷處形核，同時(shí)發(fā)生擇尤生長(zhǎng)。作者最近采用電鏡觀察雙程訓(xùn)練的Cu-Zn-Al合金試樣，已發(fā)現(xiàn)馬氏體中存在有纏結(jié)的位錯(cuò)，這些位錯(cuò)是訓(xùn)練時(shí)的反復(fù)變形循環(huán)所致，它提供了馬氏體成核的條件。
除了上述兩種形狀記憶效應(yīng)以外，在某些形狀記憶合金中還發(fā)現(xiàn)有全程形狀記憶效應(yīng)(All-round Shape Memory,簡(jiǎn)稱(chēng)ARSM）。
富鎳Ni-Ti合金經(jīng)過(guò)特殊處理具有的形狀恢復(fù)現(xiàn)象稱(chēng)為全程形狀記憶效應(yīng)，它屬于雙程形狀記憶效應(yīng)的一種。圖2-14所示即為一例全程記憶效應(yīng)。圖中試樣為0.3mm厚的Ni-49Ti(at.％）合金薄板(圖2-14(a））。薄板在約束下進(jìn)行如下熱處理:將其置入直徑為20mm的銅管內(nèi)約束處理(如圖2-14(b）所示），使其變形為環(huán)形；然后在773K進(jìn)行熱處理以固定這一形狀。如圖2-14(c）所示，當(dāng)熱處理后的試樣從銅管中取出置于沸水中(373K）,此時(shí)溫度高于R→B2相變結(jié)束溫度A'f(接近室溫），環(huán)形試樣的直徑比在銅管中時(shí)略大。將試樣從沸水中取出空冷，形狀自然變化成圖2-14(d）所示的形狀。(c）和(d）之間的自然形狀變化與B2→R相變有關(guān),而且溫度滯后非常小。當(dāng)試樣進(jìn)一步冷卻時(shí),試樣先變平然后向上成環(huán)形。圖2-14(e）為低于Mf(213K）時(shí)的形狀，可見(jiàn)它與(c）中373K時(shí)的形狀正好相反。由(d）到(e）的形狀改變與R→B19'相變有關(guān)，與B2→R相比溫度滯后大。從(c）到(e）的形狀變化是可逆的。如圖2-14(f）所示，當(dāng)試樣加熱到Af溫度以上時(shí)，圖2-14(e）所示的以下向上彎曲的環(huán)翻轉(zhuǎn)成向下彎曲，同時(shí)當(dāng)加熱到Af以上時(shí)，試樣將完全恢復(fù)到原來(lái)向下彎的形狀，見(jiàn)圖214(g）。當(dāng)再次冷卻到以下時(shí)，試樣再次恢復(fù)到向上彎曲的環(huán)形，如圖2-14(h）所示。值得注意的是，只有Ni的原子含量不小于50.5%的合金且又經(jīng)過(guò)時(shí)效，才能具有這種效應(yīng)。因?yàn)闀r(shí)效析出的是透鏡狀的Ti3Ni4相，它們?cè)趭W氏體基體中能產(chǎn)生不同方向的約束應(yīng)變。
當(dāng)發(fā)生兩個(gè)階段馬氏體相變(B2相→R相→M相）時(shí)，R相開(kāi)始在Ti3N4沉淀相表面生成，同時(shí)M相(包括R相）將沿沉淀相的方向擇尤形成，使得內(nèi)外層分別發(fā)生不同取相的馬氏體相變。所以冷熱循環(huán)過(guò)程中，試樣內(nèi)外層分別發(fā)生不同取向的可逆相變，導(dǎo)致全程形狀記憶效應(yīng)的出現(xiàn)。
值得提出的是，在記憶合金中，應(yīng)力集中能誘發(fā)馬氏體相變，使應(yīng)力得到弛豫。因此，記憶合金具有良好的疲勞性能和很髙的消振能力。例如，Ni-Ti合金在約480MPa應(yīng)力下（比屈服強(qiáng)度高3倍）疲勞壽命達(dá)107周次。在2%總應(yīng)變時(shí)，Cu-Zn-Al的疲勞壽命比黃銅髙2個(gè)數(shù)量級(jí)。這是由于應(yīng)力誘發(fā)馬氏體相變過(guò)程中，每次循環(huán)的損傷積累較少，提高了疲勞壽命。銅基合金與Ni-Ti合金相比，疲勞壽命較短，原因是晶粒粗大,容易導(dǎo)致早期晶界斷裂。所以，晶粒細(xì)化是改善銅基記憶合金性能的重要途徑。
