MARTENSITICKÁ TRANSFORMACE
Fyzikálním základem pro vysvětlení jevů tvarové paměti je bezdifuzní fázová přeměna v pevném stavu - martenzitická transformace, jejíž průběh lze v SMA (shape memory alloys) řídit změnou teploty nebo vnějšího napětí. Fáze existující při vyšší teplotě má kubickou krystalovou mřížku a nazývá se z historických důvodů austenit . Fáze vzniklá ochlazením nebo působením vnějších sil se nazývá martenzit a má krystalovou mřížku s nižší symetrií.
Jev tvarové paměti byl poprvé experimentálně pozorován a fyzikálně vysvětlen na poněkud exotické slitině zlato-kadmium ( Au-Cd ) v roce 1951. Aktivita výzkumu v tomto oboru významně vzrostla až po roce 1963, kdy byl tento jev náhodně pozorován na slitině NiTi vyvíjené původně jako antikorozní materiál. Nové technologie přípravy slitin později umožnily průmyslovou výrobu a první praktické aplikace slitin s tvarovou pamětí.
Příklad krystalových struktur materiálu s tvarovou pamětí je na obrázku pro případ nejčastěji užívané slitiny Ni-Ti .
Kubická krystalová struktura austenitu slitiny
Ni-Ti, atomy niklu a titanu se pravidelně střídají
ve směru tělesové úhlopříčky krychle.
Monoklinická krystalová struktura martensitu slitiny Ni-Ti Po martensitické transformaci došlo k posunu atomů, jednotlivé strany už nejsou stejně dlouhé a některé už nejsou na sebe kolmé
Funkce odvozené od deformace fázovou přeměnou
Strukturní změnu probíhající při martenzitické transformaci si lze zjednodušeně představit jako tvarovou změnu původních krychlí na kosé kvádry. Z původně stejně dlouhých stran krychle a pravých úhlů se stanou nestejně dlouhé hrany kvádru a dokonce u kosého kvádru nesvírají strany pravé úhly. Tvarovou změnu lze dobře pozorovat na monokrystalech slitin SMA. Martensit s nižší symetrií může vznikat v různém natočení vzhledem k původní krychli a tedy existovat v několika (3 až 24) krystalograficky shodných, ale natočených variantách.
Na obrázku vlevo vidíte tři možné krystalograficky shodné formy martenzitu vyskytující se u slitiny CuAlNi.
Nepůsobí-li v tepelném cyklu při transformaci napětí, vznikají tyto varianty tak, že nedochází k žádné tvarové změně – tvarové změny jednotlivých variant se vzájemně kompenzují a objem se přibližně zachovává. Objemový podíl martenzitické fáze se mění v tepelném cyklu podle hysterezní křivky a postup transformace lze změnou teploty řídit. Teplota Ms označuje začátek přeměny do martenzitu při ochlazování a podobně teplota Af označuje konec přeměny do austenitu při ohřevu. Rozdíl teplot Ms a Af se nazývá hystereze.
Tvarová paměť
Superelasticita
Superplasticita
Silové působení (Princip aktuátoru)