2021 Fiscal Year Annual Research Report
Multiscale investigation of mechanisms of superelasticity in biomedical O-added Ti-Nb-based shape memory alloys
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20F20812
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| Research Institution | University of Tsukuba |
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Principal Investigator |
金 へよん 筑波大学, 数理物質系, 教授 (20333841)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
GOLASINSKI KAROL 筑波大学, 数理物質系, 外国人特別研究員
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| Project Period (FY) |
2020-11-13 – 2023-03-31
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| Keywords | マルテンサイト変態 / 超弾性 / チタン合金 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、侵入型元素の添加量を変化させたTi-Nb基合金を対象にし、力学特性と超弾性変形機構に及ぼす侵入型元素の影響を明らかにすることを目的とする。本年度は、昨年度の実験結果に基づき、Ti-25at.%Nb二元合金および、酸素を0.3, 0.5, 0.7, 1.0 at.%添加したTi-Nb-O三元合金を作製した。各合金インゴットを石英管に真空封入し、1273 K/2時間の均質化処理を施した。その後、2段ロール圧延機を用い、圧延率95％および98.5%の冷間圧延を施し、厚さ0.5mmおよび0.15mmの板材を作製した。すべての合金インゴットにおいて、中間焼鈍を行わず圧延率98.5%まで冷間加工ができ、良好な冷間加工性を示した。冷間加工後、アルゴン雰囲気で1173 K-30分の溶体化処理を施した。引張試験、負荷・除荷試験を行い、力学特性および超弾性特性を評価した。変形挙動は酸素濃度に強く依存した。Ti-25Nb合金の場合、200MPaの低応力でマルテンサイト相の再配列による降伏が起きた。Ti-25Nb-0.3O合金においては、応力誘起マルテンサイト変態とその逆変態による超弾性が確認できた。酸素添加量の増加に伴い、マルテンサイト誘起応力が上昇し、プラット領域は不明瞭になった。超弾性挙動は歪み速度によって大きく変化した。例えば、Ti-25Nb-0.3O合金の場合、ひずみ速度が0.001/sの条件では、マルテンサイト変態誘起応力が200 MPaを示したが、ひずみ速度の低下に伴い、マルテンサイト変態誘起応力は低下した。また、応力ヒステリシスは歪み速度の低下に伴い増大し、超弾性特性は劣化した。赤外線サーモグラフィ（IRT）およびデジタル画像相関法（DIC）の最適な測定条件（試験条件、治具、試料形状、試料表面処理等）を決定し、予備実験を行った。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
計画通り、酸素添加量を調整した合金を作製し、力学特性・超弾性特性に及ぼす酸素濃度の影響を調査した。マルチスケール解析のため、赤外線サーモグラフィ（IRT）およびデジタル画像相関法（DIC）の最適な測定条件（試験条件、治具、試料形状、試料表面処理等）を決定し、予備実験を行った。
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| Strategy for Future Research Activity |
引張試験、負荷・除荷試験により、応力誘起マルテンサイト相の発現とその結晶構造の変化に及ぼす酸素濃度の影響を調査する。特別研究員の派遣機関であるポーランド科学アカデミーと共同で、赤外線サーモグラフィ（IRT）およびデジタル画像相関法（DIC）により、マクロスケールでの応力誘起マルテンサイト変態および超弾性挙動を調査する。これまでのマクロスケールからナノスケールまで解析を統合し、Ti-Nb基合金の超弾性機構・特異な変形機構の起源を明らかにする。
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