温控阀记忆弹簧

形状记忆合金(SMA)是智能材料重要组元之一,它利用热弹性马氏体正、逆相变时的协变和择优相变,恢复高温时的形状和长度(单程记忆)或记忆高、低温时的形状和长度(双程记忆),或形状不变时产生恢复力的记忆, 因而在温度-形状-应力间存在着非线性的函数关系。利用这种功能,可以在宇航、机械、电器、日用、医疗、卫生工程中广泛应用。有的已经获得成功的应用,如卫星天线、空中加油及海底管线接头等等。但有许多应用尚未获得成功,如发动机、电流过载保护器等。究其原因是:①马氏体稳定造成记忆性能衰退,变形率愈大,衰退愈严重。以TiNi 合金为例,变形率为0.1%,记忆寿命可达百万次;变形率达1%时,记忆寿命仅上万次。差2个数量级。铜基合金(如CuZnAl、CuAlNi)则更差, 同样变形率仅几千次,甚至几十次 。新的CuAlBeX 系SMA 较好  , 达几十万次到几千次。②相变时有温度滞后或恢复力滞后或形变滞后, 即响应速度不匹配、不快。这对要求即时记忆功能的应用,如电器、应急阀等应用有缺点。③应力-应变-温度之间的非线性关系,造成目前的设计尚不精确。④相变温度、记忆效率不仅受合金成分影响,还受微量元素、制造工艺历史的影响,使设计具有不确定性。这些因素限制着记忆合金的发展应用。但不是所有领域的应用都要求很高的响应速度,很长的工作寿命,精确的重复循环记忆工作。如对卫星天线、管接头、民用温控阀、日用工程的应用。
SMA 在加热和冷却过程中, 由于热弹性马氏体协调相变的原因,应力(σ)与应变(ε)或载荷(P )与位移(δ)有下列典型曲线(图1)。它们之间是非线性关系造成SMA 弹簧设计的复杂化。TiNi 型SMA 的大恢复应变率达8%, 是目前好的。Cu 基仅2%～5%。记忆寿命与记忆衰退有关,应变率愈大,衰退愈严重,寿命愈低。通常,设计变形率<2%。有时工作要求恢复变形较大,常采用螺形弹簧设计.SMA 螺形弹簧设计,从理论上有下列特性,不同状态下,SMA 弹簧三参数之间有:等温状态/等位移状态/等负荷状态