Study of room-temperature superelastic titanium alloys with large recovery strain and their phase stability

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本研究は巨大形状回復ひずみを有する室温超弾性チタン合金の創成と相安定の解明と題し，準安定βTi合金の応力誘起マルテンサイト変態による超弾性ひずみの室温における最大値の追求と，その相安定性を解明するものである．Ti合金の形状記憶・超弾性効果は，Tiのbcc相とそのマルテンサイト斜方晶間の無拡散変態とその格子変形に起因する．室温で超弾性を得るためにはこの相変態温度を室温以下にする必要があり，これはβ安定化元素を十分添加することで達成できる．しかし，それによりbccとhcpの中間的な構造のマルテンサイト相の結晶構造もbccに近づき，格子変形ひずみが大変小さくなる問題がある．我々は，この問題に対し，共析系β安定化元素の少量添加とα安定化元素の多量添加により打破する可能性を見出した。そこで，チタンの室温超弾性での最大可逆変形の限界に挑み，その相安定性を解明することを目的としている．本年度は，Ti-Cr系，Ti-Mo系，Ti-Au系について研究を進めた．特にTi-Cr-Sn系では，室温超弾性が発現することを見出したTi-2.5Cr-8.5Sn, Ti-3.0Cr-7.5Sn, Ti-3.5Cr-7.0Sn, Ti-4.0Cr-6.5Sn (mol%)合金の超弾性挙動の解明を試みた結果，Ti-4.0Cr-6.5Sn合金で6.5％の大きな超弾性歪と641MPaの高いすべり臨界応力，420MPaの超弾性変形応力が達成できることが分かった．これは，本合金が6.3%もの大きな格子変形歪を有することと，かつ，良好な冷間加工性から集合組織の発達と制御が可能であることによる．また，新たな添加元素の可能性としてBiや，CrとAuの同時添加などについて明らかにした．さらに，本合金開発における機械学習の利用や，本アイデアのTi系以外の形状記憶合金への適用などについても進めた．