超弹性和伪弹性

超弹性”和“伪弹性”是指在应力消除后，可恢复的应变量不同，前者是完全恢复，后者是部分恢复，残余变形可通过后续的加热进行恢复。实际上，它们在本质上是一样的，所以这两个概念经常被混淆使用。图2-18所示Cu-38.9Zn单晶在-77℃(合金的Ms=-125℃）形变，至应变达9%时呈完全的应力诱发马氏体态，卸去应力后，应力-应变曲线上出现回线，呈现超弹性。对不同合金或对同一合金在不同温度下施加应力后，卸载后会出现不同的应变恢复情况，有的呈现伪弹性——应变部分恢复。伪弹性看起来像弹性变形，但其应力-应变曲线是非弹性的，因此被称为伪弹性(或由于其可逆变形量大又被称为超弹性）。但是，伪弹性与一般的弹性变形无关，仅与应力诱发相变和热弹性相变有关。伪弹性与热诱发形状记忆效应完全相似。在伪弹性的情况下，试样的形状随外加应力的变化而变化。应变量达8%的多晶体材料，当外加应力去除后，不用加热即可完全恢复原状。图2-19用应力-应变曲线示意性地说明了这种行为。材料的原始状态不同，伪弹性机理也不同，可分为3种不同情况。(1）相变引起的伪弹性：当原始组织由马氏体组成时，在某一温度下(AfTdMd）施加应力的过程中，奥氏体将转变为马氏体。在图2-19中，AB段代表奥氏体相的纯粹弹性变形。B点对应的应力是应力诱发马氏体开始形成的最小应力（σB=σA→M）到C点相变结束。BC段的斜率远小于AB段，说明相变容易进行。CD段表示相变结束后在应力作用下马氏体发生弹性变形。在D点马氏体开始屈服(σD=σY）并发生塑性变形直到E点断裂为止。如果在D点之前应力被取消，例如在点C’，对应的应变为εC’则通过几步应变可恢复。首先发生马氏体的弹性恢复，如图中的C’F段所表示。F点对应的应力是在卸载过程中应力诱发马氏体能够存在的最大应力，因此在该点开始发生马氏体向奥氏体的逆相变（σF=σM→A），随后马氏体量不断减少直到奥氏体完全恢复(G点）。GH段表示奥氏体的弹性恢复。应变能够完全恢复取决于加载或卸载期间是否发生不可逆变形。σA→M和σM→A的值取决于变形温度、奥氏体的晶体位向、材料是单晶体还是多晶体。(2）再取向引起的伪弹性：当原始组织为马氏体时，低温（TdMf）下的热诱发马氏体在应力作用下通过马氏体的再取向也能引起伪弹性，此时的再取向马氏体在热力学上是不稳定的，卸载后它将恢复原来的位向。(3）相变和再取向引起的伪弹性:获得伪弹性的第三种方法就是在TdAf时，通过相变获得不稳定的应力诱发马氏体。首先，奥氏体转变为热力学上不稳定的应力诱发马氏体。相变完成之后，马氏体中存在着弹性应力，直到再取向马氏体生成，应力才消失。卸载的过程中，以上过程都可以逆向进行。通常在实际应用中，多用超弹性来描述应力消除后所产生的应变。