In dieser Einführung zum zweiten Kapitel von Nitinol: Das Buch stellt Tom den Formgedächtniseffekt im Zusammenhang mit der Phasenumwandlung in Metallen vor.

2.0 Die thermische Umwandlung von Austenit in Martensit und der Ursprung des Formgedächtnisses

Dieser Beitrag ist ein Auszug aus Nitinol: The Book, einem Arbeitsentwurf für eine kommende Veröffentlichung von Tom Duerig, Alan Pelton und anderen. Weitere Informationen finden Sie im Inhaltsverzeichnis oder in der Einleitung.

Eine martensitische Umwandlung ist eine bestimmte Art der Kristallstrukturänderung, die beim Abkühlen bestimmter Metalle, darunter auch Nitinol, auftritt. Die Kristallstruktur, die man bei hohen Temperaturen vorfindet, ist die Ausgangsphase, die oft als Austenit bezeichnet wird, und die Phase, die bei einer martensitischen Umwandlung entsteht, heißt Martensit. Der Formgedächtniseffekt ist eine direkte Folge einer reversiblen Umwandlung zwischen Austenit und Martensit.

Eine detaillierte Beschreibung martensitischer Umwandlungen kann sehr komplex sein, ist aber zum Glück nicht notwendig, um die technischen Aspekte von Formgedächtnismaterialien zu verstehen. In diesem Kapitel wird eine genaue, aber vereinfachte Beschreibung der Umwandlung gegeben, die sich auf Aspekte beschränkt, die für Design und Technik wichtig sind. Genauer gesagt werden die Kristallographie und die Eigenschaften der beiden Hauptphasen von Nitinol beschrieben, gefolgt von Diskussionen darüber, wie die Umwandlung zwischen den beiden Phasen stattfindet. Nachdem die Kristallstrukturen hinreichend definiert sind, wird untersucht, wie die Kristallographie des Martensits für ein einzigartiges Verformungsverhalten sorgt, und schließlich wird untersucht, wie diese Faktoren zusammenwirken, um den thermischen Formgedächtniseffekt (SME) zu erzeugen.

In Kapitel 3 wird gezeigt, dass die martensitische Umwandlung auch durch das Anlegen einer Spannung angetrieben werden kann und dass dies zu Superelastizität führt, aber hier beschränken wir uns auf die Auswirkungen der Temperatur allein. Wir weisen auch darauf hin, dass es noch eine dritte Phase gibt, die so genannte „R-Phase“, die bei vielen Nitinolzuständen auftritt. Die R-Phase wird in Kapitel 4 ausführlich besprochen, aber in diesem Einführungskapitel behandeln wir nur die direkte Martensit-Austenit-Umwandlung ohne jeglichen Eingriff der R-Phase.

Lesern, die mit dem Mechanismus des Formgedächtniseffekts überhaupt nicht vertraut sind, wird empfohlen, sich mit Abbildung 1-1 vertraut zu machen, bevor sie sich mit dem Material in diesem Kapitel befassen; sie dient als wertvoller Wegweiser zu den hier behandelten Themen.

  1. GB Olson und WS Owen, Martensite, ASM International (1992).