形状記憶合金
Shape Memory alloy


形状記憶合金の主な特長と諸特性
 (Main characteristic of SMA)

(Page 14)

(1)形状記憶合金の特長 (2)超弾性とは (3)なぜ形状記憶になるのか 形状記憶合金の価格表
(4)機械的性質 (5)物理的性質の比較 (6)化学成分と形状記憶回復温度 (7)回転体の回る仕組み

 

   (1) 形状記憶合金の特長

  ・ 形を覚えている。 形を崩しても決められた一定の温度以上になれば基の形に戻る。
      
Deformit, andit recovers its intial shape upon heating.
  ・ 超弾性の性質があって、他の金属では真似できない曲げても元の形に戻る力があります。
      
It bends easily, bit recovers its original shape when stress is removed.
  ・ 人体に影響を与えない。(ステンレス鋼 SUS316 よりも人体に対して良い結果が出ています。)
      
Safety material for human body.
  ・ 耐磨耗性が抜群に良い。 たとえばドリルでは穴をあけられません。
      
Good resistance for frictional wear.
  ・ しなやかな金属ですが、素材はハサミの刃も負けてしまいます。
      This material has flexibility, but its hardness is stronger than files or scissors.


   
    ・ 超弾性とは

 (2) 超弾性効果
 NiTi合金は、形状が回復する温度より高い温度のところはオーステナイト相になっています。
 外からの力を加えると、オーステナイト相が応力誘紀起マルテンサイトに変わり、力を取り除くと、元のオーステナ
 イト相に戻ります。 オーステナイト相は下の図のように屏風のような原子の配列になっていますので、塑性変形
 をせずに、ゴムのような弾性変形をします。



   
    
(3) なぜ形状記憶になるのか?

 形状記憶効果
 NiTi合金は、一定の温度(変態温度)よりも高温側ではオーステナイト相という結晶構造になっており、下図のよう
 にがっちりとした構造になっています。 また低温側ではマルテンサ イト相という結晶構造になります。
 (下図参照)マルテンサイト相は見かけ上柔らかく曲がり、外から力をかけてやれば簡 単に変形させることができ
 ます。 
 しかし原子の配列は屏風のようになっていて、変形させても原子間の配列は変わっていません。(屏風を伸ばし
 た状態) そこで、変化させた状態(マルテンサイト相)のものを変態温度よりも上げてやるとオーステナイト相に
 戻り、元の形に戻ります。(屏風をたたんだ状態)




      形状記憶合金と超弾性合金 

 形状記憶合金と超弾性合金
 形状記憶合金は特定の温度(変態温度)によって材料の性質が大きく変化します。

 形状記憶の特性を一般的に使用するには特定の温度(変態温度)に対して高温側と低温側の両方に行った
 り来たりさせて使用させます。
 一方超弾性合金として使用する場合は変態温度を材料を使用する温度よりも下げて、いつも高温側の状態で 使用します。 従って使用している温度よりも大きく下げますと、形状記憶と同じことが起こります。

 両社の材料の特性の違いと変態温度の変化はNiTi成分である配合をわずかに変化させることでおこります。

 ・ (4) 機械的性質
   Mechanical  properties
 
機械的性質は加工条件、熱処理条件使用温度により変わります。
  Mechanical Properties vary depending on heat treatment conditions and service temperatures

 ・ (5)物理的性質の比較
  Comparison of physical properties

金属名
Metal
密度
Density
(g・cm2
融点
Melting Point
(℃)
線膨張係数
Linear expansion
(x10-6/K)
比熱
Specific heat
(J/(kg・K)
熱伝導率
Thermal conductivity
(W/(m/K))
比抵抗
Specific electric
resistance
(Ωm)
NiTi 
(オーステナイト相)
Austenitic phase
6.5 1250~1280 10 440 12.1 80~100
NiTiCu 
(オーステナイト相)
Austenitec phase
6.5 1250~1280 --- 470 12.7 ---
NiTiCu
(オーステナイト相

Austenitec Phase
6.4 1250~1270 --- 460 13.5 ---
Titanium 4.5 1668 8.4 520 17.1 55
Nickel 8.9 1453 15 460 62.8 9.7
Iron 7.9 1530 12 460 62.8 9.7
SUS304 7.7 1400~1420 17 500 16.3 72
Copper 8.89 1083 17 380 385.0 1.724
NiTi合金の物理的性質は密度、融点を除き温度により変わります。
Physical properties, except for dencity and melting point, of NiTi alloy vary depending on temperature.
項目 Properties NiTi 合金
NiTi alloy
NiTiCo合金
NiTiCo alloy
NiTiCu合金
NiTiCu alloy
マルテンサイト相 
(M相)marurennsiteic
phase
引張強さ        Mpa
Tensile strength   (Kgf/mm2
1175~1370 1370~1570 1175~1765
降伏強さ        Mpa
Yield strength     (Kgf/mm2)
~196
(~30)
~294
(~30)
68~98
(7~10)
伸び           %
Elongation        
~50 ~50 ~20
横弾性係数      Mpa
Horizontal modulus of elasticity (Kgf/mm2
7845~9800
(800~1000)
9800~13730
(1000~1400)
0~4900
(0~500)
オーステナイト相
   (A相)Austenitic
phase
引張強さ        Mpa
Tensile strength   (Kgf/mm2)
1075~1175 1275~1370 1175~1765
降伏強さ        Mpa
Yield strength    (Kgf/mm2)
390~785
(40~80)
490~980
(50~100)
390~785
(40~80)
伸び           %
Elongation
~20 ~20 ~20
横弾性係数      Mpa
Horizontal Modulus of elasticity (Kgf/mm2)
17650~21575
(1800~2200)
25500~28440
(2600~2900)
19615~27460
(2000~2800)



   ・ (6) 化学成分と形状回復温度
  Chemical composition and shape-recovery temperature
項目
Properties
Ni Ti Co Cu 形状回復温度
Shape-recovery tempereture
NiTi  合金 54~56
Bal.
--- --- 20~100℃
NiTiCo 合金 53~55
Bal.
1~3 --- -30~30℃
NiTiCu 合金 47~50
Bal.
--- 5~9 40~70℃

形状回復温度は加工条件、熱処理条件により変わります。
 Shape-recovery temperature varies depending on forming and heat treeatment condition.

(7) 形状記憶合金の回転体が回る理由

 玉掛けした形状記憶合金のワイヤーをお湯に浸けると自動的に回転します。 単純ですがなぜでしょう?

当社にスロベニアの学者ボルト ブンダラさん来社、大同工業大学 佐藤義久教授の開発した回転体で
打ち合わせをしていることが記事となった。 回転体による発電の件で中部電力研究所でも発表された。

複雑な形状の形状記憶合金
の製品も精密鋳造によって
一度に沢山の製品作りが可
能になりました。
左の写真で作った形状の製品を曲げた状態
と温めて伸ばした状態の写真です。
精密鋳造は特殊なインゴット(燃焼合成法)
によって作られています。


(Information)
株式会社吉見製作所 営業部まで
Yoshimi Inc. the Sales department

Phone:0562-48-3890
FAX:0562-48-5641
e-mail: info@yoshimi-inc.co.jp




 
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