形状記憶特性

NiTi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NiTi合金の主な特性を示す。図22には、表3a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。上段は母相→R相、R相→母相変態、中段は母相→O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おり、変形量にするとひずみで1%以下である。この変態は冷問加工後400～550℃程度の熱処理したときに現れるR相(Rhombohedral構造)変態である。今一つの変態はM相(Monoclinic構造)変態である。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はコイルばねの定荷重下での動作特性を示している。5×105回のヒートサイクルで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104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104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合金でのマルテンサイト変態は通常母相→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が、先の図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26にR相も含めて代表的な使い方での発生力の劣化を示した。