马氏体相变：形状记忆
中世纪骑士过去常常在火中加热剑，然后在冷水中熄灭；之后，剑变得更加坚硬了。这种方法长期以来一直用于钢铁行业。硬化来自淬火形成的特征微观结构，由以下术语表示马氏体为了纪念德国金相学家A.Martens。最初，该术语被模棱两可地用于表示淬火钢的微观结构，但随着人们对这种微观结构的性质越来越了解，该词的含义逐渐得到澄清，并扩展到其他合金。获得马氏体的过程（相变）是马氏体相变（MT）。这是一个具有置换性质（无原子扩散）的一级固-固相相变，由均匀晶格变形组成，从而形成新的晶体结构。母相（奥氏体）和产物相（马氏体）之间的界面由一个表示为习惯平面的不变平面构成（通常具有无理米勒指数）。转变是通过习惯层的运动进行的。由于位移特性，转化通过原子的小的协同运动进行，保持母相的相同化学组成和原子顺序。除了晶体对称性的改变外，这种转变还带来变形（主要是习惯面上的剪切）和体积变化。从晶体学的观点来看，晶体结构的变化是通过均匀晶格变形发生的，但为了保持习惯面不变，还必须考虑滑移或孪生产生的额外晶格不变剪切以及刚体旋转。根据母相的给定取向，可能会有几种不同取向的马氏体变体。
MT可以通过改变温度（冷却时）或施加外部应力来诱导。相变温度（或应力）可以涵盖从~0 K到~600 K的广泛范围，主要取决于合金成分，但其他因素（原子序、内应力、晶格缺陷）也会对其产生影响。一般来说，相变是可逆的，逆相变是通过从马氏体状态加热或释放应力来实现的，但与直接相变相比，逆相变在更高的温度或更低的应力下进行，因此相变周期表现出滞后性。温度诱导转变形成了具有自调节的多元马氏体微观结构，即与一个马氏体板相关的变形由相邻变量补偿，不会产生净宏观形状变化。相反，应力诱导转变形成了有限数量的变体，这些变体在施加应力的意义上使材料变形。可以区分两种类型的马氏体相变。这个爆破类型淬火钢的典型相变几乎等温发生，其特征是体积变化大，滞后范围宽（数百K）。这个热弹性马氏体相变具有较小的体积变化、低滞后（几十K）和良好的可逆性。伴随转换的变形几乎完全是弹性调节的，但由于这种弹性能量，需要持续冷却才能完成转换。
热弹性马氏体相变（TMT）发生在Au-Cd、in-Tl、Ni-Ti、某些Cu基合金和其他系统中。由于TMT，特别是反向转变，合金表现出异常的热机械行为和形状记忆能力。因此，他们被称为形状记忆合金（SMA）如果初始处于母相状态的SMA冷却至马氏体相，宏观上不会发生任何变化，但如果施加外部载荷，则工件会以明显的塑性方式变形（载荷释放后变形形状保持不变）。事实上，变形不是通过位错的移动而发生的，而是通过马氏体变体向受外部载荷影响的变体的重新定向而发生的。如果将工件加热到发生反向转变，则母相晶体结构和形状会自动恢复。这种材料似乎“记住”了它的原始形状，并在通过反向变换加热时自发地采用了它。这是形状记忆效应如果SMA片在母相条件下加载，马氏体转变是应力诱导的，这将导致大变形（在定向良好的单晶中，延伸率高达10%）。如果施加的应力不太高，导致马氏体发生塑性变形，则在释放外部载荷时，通过反向变换完全恢复诱发变形。因此，材料可以以明显的弹性方式发生很大程度的变形。此属性称为伪弹性. The双向形状记忆效应在适当的训练处理后，也可以诱导材料在冷却时自发改变形状。形状记忆特性的许多应用已经得到了发展，特别是对于Ni-Ti和Cu基合金。SMA可以用作温度传感器，但与标准传感器相比没有太大优势。SMA作为致动器（可用的运动和力用于执行一些动作）和具有振动保护的管道和电线的连接器具有优势。它们在机器人（手臂和手指的移动）、医学（正畸学、导管导丝、外科植入物）以及汽车、航空航天和核工业中都有应用。
在ECM-18微交会中，介绍了该领域的广泛主题，首先回顾了MT的唯象晶体学理论，指出了它们的局限性。从晶体学的角度来看，描述MT的理论是唯象的，对于原子的精确运动以形成新相的知识很少。在这个主题中，晶体学界可以做出富有成果的贡献。
詹姆·彭斯（Jaume Pons）
