图2-2所示为Fe-30%Ni(原子数分数)合金和Au-47.5%Cd(原子数分数)合金的电阻率随马氏体相变和逆相变的变化[3]。Fe-30%Ni合金的相变温度滞后(As-Ms)非常大, 约为400℃, 而Au-47.5%Cd合金却非常小, 约为15℃。这表明相变驱动力, 即相变所需要的非化学自由能, Fe-47.5%Ni合金大, Au-47.5%Cd合金小。一般认为这是由于在Au-47.5%Cd合金中分别以式(2-1)和式(2-3)表示的界面能和塑性变形所需能量小得可以忽略不计。所以, 在这种情况下相变过程中的总能量变化, 由式(2-4)可表示如下:

ΔG=πr2tΔgc+πrt2A    (2-5)

图2-2 非热弹性(Fe-30%Ni)和热弹性(Au-47.5%Cd)马氏体相变中相变温度的滞后对比[3]

即只用热力学和弹性两项就可表示出来。因此, 在低于Ms点的温度下, 随着冷却的进行, 马氏体晶粒长大, 但是当长大到一定程度后, 热力学的化学自由能减少量与弹性的非化学自由能增加量之和达到某一极小值时便停止长大。这种热效应和弹性效应之间的平衡状态也就是热弹性这一名称的由来。如果在达到热平衡状态下通过冷却、 加热或者施加外力来破坏热平衡状态, 则停止长大的马氏体晶粒又重新长大或缩小。这种马氏体相变称为热弹性马氏体相变。

表2-1中列出了产生热弹性马氏体相变, 表现出完全形状记忆效应的合金成分、 Ms点、 相变温度滞后、 晶体结构变化、 结构的有序和无序性以及体积变化。除两三种外几乎所有合金都满足上述要求。这两三种合金比较特殊, 虽然具有无序结构, 但相变时的点阵对应关系却与有序结构的一样。

表2-1 具有完全形状记忆效应合金的成分范围、Ms、相交温度滞后、晶体结构变化、结构的有序和无序性以及体积变化