R-Phase
R相は、形状記憶合金であるニチノールに含まれる相です。これは本質的にはマルテンサイト相ですが、形状記憶や超弾性効果を担うマルテンサイトではありません。
ニチノールに関連して、「マルテンサイト」は通常、R 相ではなく、B19’単斜晶マルテンサイト相を指します。R 相はマルテンサイトと競合し、完全に存在しないことが多く、冷却中にマルテンサイトの前に出現し、さらに冷却するとマルテンサイトに取って代わられることがよく同様に、オーステナイトに戻る前の加熱中に観察されることもあれば、まったく存在しないことも
R 相からオーステナイト変態 (AR) は可逆的であり、ヒステリシスは非常に小さくなります (通常 2 ～ 5 °C (36 ～ 41 °F))。また、非常に小さな形状記憶効果があり、非常に狭い温度範囲内で超弾性を示します。R 相変態（オーステナイトから）は、ほとんどの二元ニチノール合金で 20 ～ 40 °C (68 ～ 104 °F) で発生します。
コンテンツ
1 歴史
2 結晶構造と変態
3 実際的な意味
4 参考文献
歴史
R 相は 1970 年代に観察されましたが、一般的には 1981 年の Ling と Kaplow の画期的な論文まで正確に同定されませんでした。 R 相の結晶学と熱力学は現在ではよく理解されていますが、デバイス工学において依然として多くの複雑さを生み出しています。 。使い古されたフレーズによれば、デバイスが期待どおりに動作しないときは、「それは R フェーズに違いない」ということです。
結晶構造と変態
R 相は本質的に立方晶オーステナイト相の菱面体晶系の歪みです。図 1 は一般的な構造を示していますが、3 つのオーステナイトセルごとに繰り返される原子位置のシフトがしたがって、実際の R 相構造の実際の単位胞は図 2 に示されています。 R 相は、X 線回折または中性子回折によって簡単に検出できます。これは (1 1 0 の分割によって最も明確に証明されます)。 ) オーステナイトピーク。
R 相変態は一次変態であり、R 相はマルテンサイトおよびオーステナイトとは別個のものですが、その後、菱面体角が徐々に縮小し、それに伴う変態ひずみが増加する二次変態が続きます。マルテンサイトの形成を抑制し、二次変態を継続させることにより、変態ひずみを最大化できます。このような測定では、 1% 近くの記憶効果と超弾性効果が示されています。しかし、市販の超弾性合金では、R 相変態ひずみは 0.25 ～ 0.5 % にすぎません。
ニチノールがオーステナイト相とマルテンサイト相の間で変態する方法は 3 つ
順変態または逆変態（冷却または加熱）中に R 相の形跡がない直接変態は、チタンに富んだ合金および完全に焼きなましされた条件で発生します。
「対称 R 相変態」は、加熱と冷却の両方で R 相がオーステナイトとマルテンサイトの間に介在するときに発生します (図 3 を参照)。ここでは、冷却時に 2 つのピークが観察され、加熱時に 2 つのピークが観察されます。AR 変換のヒステリシスが低いため、加熱ピークは互いに非常に近くなります。
「非対称 R 相変換」は、はるかに一般的な変換ルートです (図 4)。ここで、R 相は冷却中に発生しますが、オーステナイト – マルテンサイト変態の大きなヒステリシスにより、加熱時には発生しません。マルテンサイトに戻るのに十分な高温に達するまでに、R 相はオーステナイトより安定ではなくなります。したがって、マルテンサイトは直接オーステナイトに戻ります。
R 相は、熱によって引き起こされるだけでなく、応力によっても引き起こされる可能性が応力率 (クラウジウス・クラペイロン定数、d σ d T
{ {frac {dsigma }{dT}}}
) はオーステナイト – マルテンサイト変態に比べて非常に大きいです (変態を促進するには非常に大きな応力が必要です)。
図 1: B2 オーステナイト組織の R 相歪み
図 2: R 相の三角形表現
図 3: 対称オーステナイト – R – マルテンサイト変態に典型的な自由エネルギー、ひずみ、熱量測定曲線。冷却と加熱の両方で R 相が見られます。
図 4: 非対称オーステナイト – R-マルテンサイト変態に典型的な自由エネルギー、ひずみ、熱量測定曲線。R 相は冷却時にのみ見られます。
実際的な意味
本質的にヒステリシスのない形状記憶効果は魅力的に聞こえますが、オーステナイト R 変態によって生成されるひずみは、ほとんどの用途には小さすぎます。AR 変換のヒステリシスが非常に小さく、周期的安定性が非常に高いため、この効果に基づいてサーマルアクチュエータを商品化するための努力が行われてきました。このようなアプリケーションは、せいぜい限定的な成功にとどまっています。ニチノールのアプリケーションのほとんどでは、R 相が煩わしいため、エンジニアはその出現を抑制しようとします。それが引き起こす問題のいくつかは次のとおりです。
オーステナイトが R 相に変態すると、そのエネルギーが減少し、マルテンサイトに変態する傾向が弱まり、オーステナイト – マルテンサイトのヒステリシスが大きくなります。これにより、アクチュエータの効率と超弾性エネルギー貯蔵容量が低下します。
オーステナイトの応力-ひずみ曲線は、荷重中にわずかな屈曲を示すことが多く、弾性限界と降伏応力を正確に特定することが困難になります。
0.25 % のひずみは小さすぎて利用できませんが、パイプ カップリングなどの多くの締まりばめ用途で応力緩和を引き起こすには十分です。
オーステナイトが R 相に変態するときに大量の熱が放出されるため、明確な示差走査熱量測定(DSC) ピークが生じます。このため、注意しないと DSC 曲線の解釈が難しくなります。R 相ピークがマルテンサイト ピークと間違われることが多く、変態温度の決定時に誤りが生じることがよく
オーステナイトとマルテンサイトの電気抵抗率は似ていますが、R 相の抵抗は非常に高くなります。このため、ニチノールの変態温度を決定する際に電気抵抗を使用することはほとんど役に立ちません。
R 相は、鉄、コバルト、クロムを添加するとさらに顕著になり、銅、白金、パラジウムを添加すると抑制されます。冷間加工や老化も R 相の存在を誇張する傾向が
参考文献
^ リン、フン C. ロイ、カプロー (1981)。「等原子NiTiのR変態およびマルテンサイト変態における応力誘起形状変化と形状記憶」。冶金取引A. 12 (12): 2101 ～ 2111 年。土井：10.1007/BF02644180。ISSN 0360-2133。S2CID 136980603。
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