形状記憶特性

Ni-Ti系の実用的形状記憶合金の変態点(Ms)は、図21にみられるように、Niの50～51原子%で220～320K(-53~47℃)の範囲にある。表3に古河Ni-Ti合金の主な特性を示す。図22には、表3(a)の3種類の変態を示すコイルばねの定荷重下での温度-変位(せん断ひずみ)の曲線が、示されている。上段は母(Austenite)相→R相、R相→母相変態、中段は母相→O(Orthoronbic)相、O相→母相変態、下段は母相→M相、M相→母相変態をそれぞれ示している。この中で応用範囲の広いR相とO相変態について簡単に触れておく。

4.1 R相変態
図23のDSC曲線では、冷却過程で2つの発熱のピークが現れている。最初のピークは、母相から小さな変形を示す相への変態に対応している。変形量にするとひずみで1%以下と小さい。この相変態は，冷問加工後400～550℃程度の熱処理した材料現れるR相(Rhombohedral構造)への変態である。2つ目のピークは，M相(Monoclinic構造)変態に相当する。オーステナイト相⇔R相変態は，変態に伴う変形量が小さいため、合金に与える負荷が少なく、繰り返し特性に優れている。図24はR相変態を使ったコイルばねについて，定荷重下での繰り返しの動作特性を示している。100,000回のヒートサイクルでは，その劣化は認められない。R相を含む変態での寿命は、ひずみの大きさと繰り返す温度範囲に影響される。図25は拘束ひずみと10,000回後の発生力の劣化の程度の関係を示している。拘束ひずみが1%を越えると10,000回後の発生力が急速に減少していることがわかる。

4.2 O相変態(Ni-Ti-Cu合金)
Ni-Ti-Cu合金におけるマルテンサイト変態は，母相→O相(Orthorhombic構造)変態である。O相変態はR相変態と比較すると、ヒステリシスが大きく10～15℃であり(図26)、繰り返し時の劣化が少し大きい。一方，図25からもわかるように、低温時の発生力が小さくバイアスばねとの組合せが有利である。繰り返し特性について、図27に，R相変態，M相変態も含めて，代表的な使い方での発生力の劣化の比較を示した。