2021 Fiscal Year Annual Research Report

Development of elastically-deployable, monolithic-sheet structure using superplasticity given to superplastic titanium alloy

Research Project

Project/Area Number	19H02485
Research Institution	Japan Aerospace EXploration Agency
Principal Investigator	佐藤英一国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究所, 教授 (40178710)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	竹内伸介国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究所, 准教授 (20353419) 戸部裕史国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究所, 助教 (40743886)
Project Period (FY)	2019-04-01 – 2022-03-31
Keywords	超弾性 / 形状記憶 / チタン合金 / 展開構造 / 薄板構造
Outline of Annual Research Achievements	当該研究者らは、Ti-4.5Al-3V-2Fe-2Mo合金(SP-700)に対し適切な焼鈍処理を施すことにより、応力誘起マルテンサイト変態を介し数%を超える可逆変形を示す特性である超弾性の発現を報告した。本研究は、この超弾性Ti-4.5Al-3V-2Fe-2Mo合金を衛星打ち上げ用のイプシロンロケットの上段モータノズルに適用し、超弾性折り畳み展開構造を用いた展開ノズルを実現することにより、薄板超弾性折り畳み展開構造のコンセプトを実証することを目的としたものである。そのために、SP-700合金に対し、溶接部含め超弾性を付与する最適な熱処理条件として、溶接組織の初期化に必要な溶体化，変態温度を調整し超弾性を発現するのに必要な焼鈍の2段階熱処理を検討し、得られる超弾性特性の改善を図った。イプシロンロケット第4段モータをターゲットに、展開ノズルの実物大モデルを試作し、開発した多段階熱処理を施した後に、折り畳み・展開試験により超弾性展開ノズルの実現性を示した。 (1)　850℃-10分焼鈍と875℃-10分溶体化により，溶体化後も母材部においてβ集合組織が保持され，母材部超弾性の等方性が保たれた。 (2)　TIG溶接により得られた冷却速度が低く延性が失われた溶接組織に (1)の溶体化を施すことで粒界α相が消え延性が回復し，超弾性化可能となった。 (3)　マイクロプラズマ溶接では冷却速度が速いため、溶接組織はマルテンサイト単相であり，変態温度調整の熱処理のみで超弾性化が可能であった。 (4)　イプシロンロケット第4段モータ用の展開ノズルの実物大モデルを試作し、超弾性化多段階熱処理を施した後、折り畳み・展開試験を実施した。
Research Progress Status	令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
Strategy for Future Research Activity	令和3年度が最終年度であるため、記入しない。