Эффект памяти формы (ЭПФ) в металлах, открытие которого по праву рассматривается как одно из самых значительных достижений материаловедения, в настоящее время интенсивно исследуется и ряде случаев успешно применяется в технике.

До недавнего времени неупругую деформацию рассматривали как пластическую и считали ее необратимой. Исследованиями последних десятилетий установлено, что существует обширный класс материалов , у которых элементарный акт пластичности осуществляется за счет обратимого мартенситного превращения, упругого двойникования и ряда других процессов, коренным образом изменяющих закономерности неупругого деформирования. У этих сплавов, в частности, может наблюдаться полная или частичная обратимость неупругой деформации, называемая эффектом памяти формы. Металлы, обладающие этим эффектом, относятся к числу наиболее ярких представителей материалов со специальными свойствами: высокие обычные механические характеристики, сопротивление усталости, коррозионная стойкость и необычные свойства, такие как термомеханическая память, реактивное напряжение. Из большого числа сплавов с ЭФП наиболее перспективными для практического применения являются сплавы Ti-Ni, обычно называемые никелидом титана или нитинолом, реже используют более дешевые сплавы на основе меди.

Термоупругие мартенситные превращения

В основе ЭПФ большинства сплавов лежат так называемые термоупругие мартенситные превращения (ТУМП). Теория мартенситных превращений основывается на фундаментальных представлениях о закономерном характере перестройки кристаллической решетки и когерентности сосуществующих фаз аустенита (А) и мартенсита (М).

Для сплавов с ТУМП характерна зависимость фазового состава от температуры, представленная на рис.1

При охлаждении материала из аустенитного состояния мартенсит начинает образовываться с некоторой температуры М_н. При дальнейшем охлаждении количество мартенситной фазы увеличивается, и полное превращение аустенита в мартенсит заканчивается при некоторой температуре М_к. Ниже этой температуры термодинамически устойчивой остается только мартенситная фаза. При нагреве превращение мартенсита в аустенит начинается с некоторой температуры А_н и полностью заканчивается при температуре А_к. При полном термоциклировании получается гистерезисная петля. Ширина гистерезисной петли по температурной шкале А_к–М_н или А_н–М_к может быть различной для разных материалов: широкой или узкой (рис.1, а и б). При наличии механических напряжений температуры М_н, М_к,, А_н и А_к могут смещаться в сторону более высоких температур, и в этом случае их обозначают как , , и .

Рис.1. Зависимость фазового состава сплава от температуры:
а) широкий гистерезис; б) узкий гистерезис

Важно отметить, что при ТУМП (в отличие от обычных мартенситных превращений, например в сталях) межфазные границы между А и М сохраняют когерентность и являются легко подвижными. При охлаждении (прямое превращение) в интервале температур (М_н–М_к) зарождаются и растут кристаллы мартенсита, а при нагреве (обратное превращение) в интервале температур (А_н–А_к) кристаллы мартенсита исчезают (превращаются в аустенит) в обратной последовательности рис.2.