I denna introduktion till det andra kapitlet i Nitinol: The Book introducerar Tom formminneseffekten i samband med fasomvandlingar i metaller.

2.0 Den termiska omvandlingen från austenit till martensit och ursprunget till formminne

Detta inlägg är ett utdrag ur Nitinol: The Book, ett arbetsutkast till en kommande publikation av Tom Duerig, Alan Pelton och andra. Besök innehållsförteckningen eller inledningen för mer information.

En martensitisk omvandling är en specifik typ av kristallstrukturförändring som inträffar vid kylning av vissa specifika metaller, inklusive nitinol. Den kristallstruktur som finns vid höga temperaturer är moderfasen, ofta kallad austenit, och den fas som uppstår vid en martensitisk omvandling kallas martensit. Formminneseffekten är en direkt följd av en reversibel omvandling mellan austenit och martensit.

En detaljerad beskrivning av martensitiska omvandlingar kan vara mycket komplex men är lyckligtvis inte nödvändig för att förstå de tekniska aspekterna av material med formminne. I detta kapitel presenteras en noggrann men förenklad beskrivning av omvandlingen, begränsad till aspekter som är viktiga för konstruktion och teknik. Mer specifikt beskrivs kristallografin och egenskaperna hos de två viktigaste faserna i nitinol, följt av diskussioner om hur omvandlingen mellan de två sker. Med kristallstrukturerna tillräckligt definierade undersöks i texten hur kristallografin hos martensit ger en unik typ av deformationsbeteende, och slutligen undersöks hur dessa faktorer kombineras för att ge upphov till den termiska formminneseffekten (SME).

I kapitel 3 kommer det att påvisas att den martensitiska omvandlingen också kan drivas av påförande av en spänning, och att detta ger upphov till superelasticitet, men här begränsas diskussionen till effekterna av enbart temperaturen. Vi noterar också att det finns ännu en tredje fas, kallad ”R-fasen”, som återfinns i många tillstånd av nitinol. R-fasen kommer att diskuteras i detalj i kapitel 4, men i detta inledande kapitel kommer vi endast att behandla den direkta martensit-austenit-omvandlingen utan någon inblandning av R-fasen.

Läsare som är helt obekanta med mekanismen för formminneseffekten uppmuntras att bekanta sig med figur 1-1 innan de angriper materialet i det här kapitlet; den fungerar som en värdefull vägkarta till de ämnen som behandlas här.

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