極低温域で動作する新規TiNi基超弾性合金の開発

开发可在极低温度下工作的新型 TiNi 基超弹性合金

• 批准号: 17J02434
• 负责人: 木村 雄太
• 金额: $ 1.09万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2017
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2017-04-26 至 2019-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-17J02434/
• 关键词: 形状記憶合金; マルテンサイト変態

本研究の主な目的は，TiNi基形状記憶合金において発現するマルテンサイト変態（M変態）の前駆現象（Commensurate-Incommensurate転移：C-IC転移）を結晶学的，熱力学的および機械的影響を調査し，また単結晶材における低温域における応力ヒステリシス（σhys）の温度依存性を調査し．低温域で動作する超弾性合金への応用を探索することである．以前の研究成果によると，Ti50.0-xNi40.0+xCu10.0合金においてC-IC転移はNiを過剰に添加することにより，DSC曲線のブロードなピーク（Intermediate相：I相と呼称）として観察できることを見出した．本年度は，Ni過剰にしたTiNi基合金に着目しC-IC転移の本質とそのM変態へ与える熱力学的影響の調査を目的とし，研究を行なった．TiNi合金にFeを2at%以上Feを添加することで，M変態前にC-IC転移が存在することが先行研究によって知られている．そこで，本年度はFeを3at%添加したTi50.0-xNi47.0+xFe3.0合金を用いて，Ni過剰側におけるC-IC転移に伴う比熱および結晶構造の変化を調査するとともに，Ni過剰側のM変態の相図も決定した．その結果，Niの増大とともにM変態温度は低下する傾向が見られた．また47.4at%Ni以上でI相に起因するブロードな比熱のピークを観察した．このC-IC転移のピーク温度は，Ni組成に依存せずほぼ一定である．TEM観察の結果，I相を経てR相となる場合（Ni量が41.4at%以上），I相の微細ナノ組織をほぼ維持したまま明瞭な双晶界面を持たないR相が形成されることを観察し，I相はM変態に影響を与える重要な相転移であることを見出した．この結果は，2018年3月の金属学会で発表し，これから論文に投稿する予定である．

The main purpose of this study is to investigate the crystallographic, thermodynamic, and mechanical effects of the C-IC transition in TiNi-based shape memory alloys, and to investigate the temperature dependence of the C-IC transition in single crystalline materials in the low temperature range. The application of superalloy in low temperature field is explored. The results of previous studies show that Ti50.0-xNi40.0+xCu10.0 alloy has a C-IC transition and Ni addition, and DSC curves are obtained. This year, the Ni transition in TiNi-based alloys was investigated for the purpose of investigating the thermodynamic effects of Fe addition above 2at% on the nature of C-IC transition before M transition. In this year, Fe 3 at % addition to Ti50.0-xNi47.0+xFe3.0 alloy, Ni transition side C-IC transition accompanied by specific heat and crystal structure change investigation, Ni transition side M phase change determination. As a result, Ni increases and M decreases. More than 47.4at%Ni, the cause of phase I is more than 47.4at%Ni. The C-IC transition temperature depends on the Ni composition.TEM observation results show that the fine structure of the I phase is maintained when the Ni content is 41.4at% or more. It is clear that the R phase is formed when the I phase is affected by the M phase. The results were published in March 2018 by the Metals Society.

项目成果

Ti59.90xNi47.0+xFe3.0合金におけるR相変態とC-IC転移

Ti59.90xNi47.0+xFe3.0合金中的R相变和C-IC转变

• 发表时间: 2018
• 作者: 2.T. Mukai;M. Nabetani;K. Tsuda;H. Sano;N. Yutaka;T. Ioroi;A. Takahashi;A. Takeuchi;J. Shibasaki;S. Hosono;T. Tokuhisa;T. Takenouchi;H. Sobajima;M. Tamura;O. Iwata.;Takeo Mukai;木村雄太
• 通讯作者: 木村雄太