Сущность эффекта памяти формы заключается в том, что если подвергнуть сильной деформации образец в состоянии низкотемпературной мартенситной фазы, то при нагреве происходит обратное превращение и восстанавливается форма, свойственная высокотемпературному состоянию. При последующем охлаждении, хотя и происходит превращение в мартенситную фазу, форма образца не изменяется. Таким образом, проявляется однонаправленный эффект памяти формы. Частично обратимым или двунаправленным эффектом памяти формы называют явление возврата в состояние, соответствующее некоторой доле деформации, при охлаждении после запоминания формы при нагреве.

Если металл приобретает неупругую деформацию за счет изотермического нагружения мартенсита или пластичности превращения, то он возвращает ее при нагреве в интервале температур от T₁ до T₂. Что же будет, если нагруженный материал циклически нагревают и охлаждают от T₁ до T₂? Совершенно ясно, что он станет неограниченное число раз накапливать деформацию в такте охлаждения и возвращать ее в такте нагрева, пока не разрушится. Это явление называют эффектом многократно обратимой (двусторонней) памяти формы. Опыт показывает, что данное явление имеет место не только при наличии нагрузки, но и без нее. В общем случае обратимым эффектом памяти формы называют явление, если даже не происходит полного (на 100%) возврата формы.

К настоящему времени известны следующие способы вызвать обратимый эффект памяти формы в сплавах:
1) деформация мартенситной фазы выше определенного предела; 2) деформация образца, находящегося в состоянии исходной фазы, превышающая деформацию, при которой возникает мартенсит деформации; 3) деформация образца в состоянии исходной фазы, охлаждение его до Т ниже M_s(точки мартенситного превращения) в стесненном состоянии и выдержка в течение длительного времени под напряжением; 4) деформация образца в мартенситной фазе, нагрев его в стесненном состоянии, в результате чего происходит обратное превращение; 5) образование дисперсных выделений в исходной фазе с последующей деформацией образца.

Можно отметить следующие принципиальные особенности указанных методов. Внутри высокотемпературной исходной фазы, которая должна быть первоначально гомогенной (это обеспечивается восстановлением формы в результате обратного превращения при нагреве), каким-либо способом вызывают возникновение поля внутренних напряжений и управляют мартенситным превращением, происходящим при охлаждении. При применении способов 1, 2, 3 поле внутренних напряжений вызывается необратимыми дефектами, такими как дислокации, связанные с деформацией. При применении способов 4 и 5 поле внутренних напряжений обусловливается выделениями второй фазы и стабильным мартенситом деформации, который не подвергается обратному превращению даже при нагреве.
Известно, что в сплавах Ti—Ni До настоящего времени обнаружили обратимый эффект памяти формы при применении способа 1, однако сообщается, что по сравнению с обратимым эффектом памяти формы в сплавах Си—Zn—AI, возникающим при применении способа 4, степень изменения формы мала, а регулирование эффекта затруднено.

 

Сплавы с эффектом памяти формы часто относят к так называемым интеллектуальным материалам, позволяющим создавать принципиально новые конструкции и технологии в разных отраслях машиностроения, авиакосмической и ракетной техники, приборостроения, энергетики, медицины.
Важно, что металл, обладающий способностью к возврату деформаций, можно запрограммировать на довольно сложные движения и тем самым на совершение исполнительных функций почти неограниченной степени сложности. Теперь даже появился термин "самосооружающиеся (трансформируемые) конструкции". Известными примерами служат самораскрывающиеся космические антенны, состоящие из листа и стержня из сплава Ti-Ni, которые свернуты в виде спирали и помещены в углубление в искусственном спутнике, самовыдвигающиеся телескопические устройства, трансформируемые стержневые несущие конструкции (фермы) и т.п.
Если использовать способность металла к проявлению многократно обратимой памяти формы, то легко сделать трансформируемые конструкции, которые будут совершать саморазвертывание и самосборку, а отдельные исполнительные элементы, например пружины, будут многократно повторять движения самых разнообразных траекторий.
Важно подчеркнуть, что для приведения в действие устройств, изготовленных из материалов с эффектом памяти формы, вовсе не требуется значительных разогревов. Чаще всего цель достигается при воздействии горячей воды, солнечной радиации, климатических или суточных перепадов температур, тепла живого организма.
Совмещая силовые и деформационные свойства элементов из металла с эффектом памяти формы, удается проектировать исключительно простые и эффективные исполнительные устройства роботов, разнообразные приводы в конвейерных производствах, усилители перемещений и т.д. Еще одна область применения касается создания плотных и неразъемных соединений: можно скреплять трубы и стержни надетыми на них муфтами из сплавов с памятью формы; производить прессовку деталей, используя память формы как свойство инструмента; собирать узлы, не поддающиеся этой операции с помощью традиционной технологии. Материалы с эффектом памяти формы широко применяют в медицине для вытяжения костей и лечения переломов, соединения костных фрагментов, при лечении сколиоза и кровеносных сосудов .
Разработаны специальные устройства для закрепления разъемов, гнезда для присоединения микросхем без использования процесса пайки. Используют металлы с памятью формы в практике контроля готовой продукции. Таким образом, новые физические принципы позволяют по-новому решать многие материаловедческие и инженерные задачи
 

На рис.2 показано изменение формы образцов, подвергнутых старению в стесненном состоянии при 400 °С в течение 100 ч, при последующем нагреве и охлаждении. Тонкие ленты, которые подвергались старению в стесненном состоянии, пересекаются в центре под углом 45°. Как показано на рис. 2, а, в кипящей воде образцы имеют форму почти правильного круга, форма образцов в этом случае близка к форме образцов, состаренных в стесненном состоянии в медной трубке. Если образцы постепенно вытаскивать из кипящей воды, то их форма самопроизвольно изменяется (рис. 2, б). Если образцы полностью извлечь из горячей ванны в среду с комнатной температурой, то образцы становятся почти прямолинейными (рис. 2, в).

Спонтанное изменение формы на стадиях а—в описано ниже, однако можно отметить, что оно обусловлено промежуточным фазовым превращением, тепловой гистерезис этого превращения мал, изменение формы является обратимым. Далее, если образцы погрузить в ледяную воду, то они изгибаются в обратном направлении, выпуклость снизу (рис. 2, г). При дальнейшем охлаждении до — 40°С в смеси метилового спирта и сухого льда на следующей стадии (рис. 2, д) образцы изгибаются под углом 45 в противоположном направлении по отношению к начальной стадии а. Если вновь перенести образцы в кипящую воду, то образцы мгновенно принимают форму, показанную на рис. 2, е, эта форма полностью совпадает с формой образцов на начальной стадии. Далее следует отметить, что обратимое изменение формы циклически повторяется даже при 100-кратном осуществлении цикла нагрев — охлаждение. Спонтанное изменение формы при этом температурном циклировании и представляет обратимый эффект памяти формы.