25. Металлы с памятью формы
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Эффект памяти формы (ЭПФ) в металлах, открытие которого по праву рассматривается как одно из самых значительных достижений материаловедения, в настоящее время интенсивно исследуется и ряде случаев успешно применяется в технике.
Научный интерес к этому явлению определяется стремлением познать физическую природу и механизм ЭПФ, что расширяет фундаментальные представления о неупругом поведении твердых тел. С практической точки зрения эти исследования стимулируются тем, что ЭПФ в металлах уже сейчас открывает широкие перспективы применения в технике, позволяя создавать элементы и устройства с принципиально новыми функциональными свойствами.
До недавнего времени неупругую деформацию рассматривали как пластическую и считали ее необратимой. Пластическая деформация кристаллов происходит за счет движения дефектов кристаллической решетки — элементарных носителей деформации, в качестве которых выступают точечные дефекты и (или) дислокации. Важно подчеркнуть, что в общем случае расположение дислокаций и (или) точечных дефектов в новые последеформационные позиции после снятия нагрузки могут оказаться стабильными, т. е. не предпочтительнее исходных. Следствием этого является практически полная необратимость неупругой деформации. Наблюдающееся на практике механическое последействие, связанное с некоторым обратным перемещением дефектов после разгрузки, не превышает 10–4–10–3относительной деформации и им можно пренебречь.
Наряду с вышеуказанными механизмами пластическая деформация может быть вызвана механическим двойникованием кристалла.
Исследованиями последних десятилетий установлено, что существует обширный класс материалов (сплавы на основе никелида титана TiNi, латуни и бронзы сложного состава и др.), у которых элементарный акт пластичности осуществляется за счет обратимого мартенситного превращения, упругого двойникования и ряда других процессов, коренным образом изменяющих закономерности неупругого деформирования. У этих сплавов, в частности, может наблюдаться полная или частичная обратимость неупругой деформации, называемая эффектом памяти формы.
Эффект памяти формы
Феноменологию
ЭПФ можно проиллюстрировать следующим
образом. Образец деформируют (например,
растяжением) при температуре ниже Мд (рис.
25.5, а).
При достижении напряжения 
образец
деформируется пластически (участок АВ),
и эту деформацию называют фазовой (e ф),
так как она вызвана фазовыми превращениями
«аустенит—мартенсит», или
«мартенсит—мартенсит», или их
комбинациями. В некоторых случаях
фазовая пластическая деформация может
протекать в несколько стадий, что
определяется многостадийностью фазовых
превращений (например, в Cu—Al—Ni).
Рис. 25.5. Схема реализации ЭПФ (а) и зависимость степени восстановления формы от предварительной деформации (б)
После разгрузки (участок ВС) фазовая деформация (e ф) сохраняется в образце. При нагреве образца в результате протекания обратного мартенситного превращения в интервале температур (Ан—Ак) фазовая деформация восстанавливается (участок СД). Это, собственно, и есть эффект памяти формы.
В случае, когда восстановленная деформация e вос < e ф, в образце сохраняется некоторая остаточная деформация e ост, накапливаемая в результате инициализации необратимых каналов пластичности, например, дислокационных.