Fe 系形状記憶合金による異形線ばねの大変形挙動

異形線ばねとは丸型形状以外の断面形状を有するばねである．異形線ばねはばね定数が高く密着高さを低減させることが可能であるが，変形時のエネルギ吸収率が低い欠点を有する．本研究ではこのエネルギ吸収率を向上させるために，Fe-Mn-Si系合金を異形線ばねに適用した．Fe-Mn-Si系合金は形状記憶合金の一種であり，Ni-Ti合金などの他の形状記憶合金よりも安価で加工性に優れるといった利点を有する．この合金の形状記憶効果と超弾性効果はγ ⇔ ε応力誘起マルテンサイト変態によって引き起こされることが明らかになっており，現在幅広い研究が行われている．本研究では，Fe-Mn-Si系合金，S45C，SUS304の3種類で異形線ばねを作製し，繰返し引張試験を実施した．繰返し引張試験により得られたFe-Mn-Siの荷重-変位曲線では，可逆的で大きなヒステリシスループが確認できた．これは，負荷時には応力誘起マルテンサイト変態，除荷時には逆変態という2つの異なる変形過程を経るためである．Fe-Mn-Si系合金製の異形線ばねはS45C，SUS304よりも早期段階で変形によりエネルギ吸収が可能である．

A non-circular wire helical spring generally has a high spring constant and reduces the spring height at fully compressed condition, although the energy absorption decreases during deformation. For improving this energy absorption, we have applied Fe-Mn-Si based alloy （FMS） to the spring. FMS that is one of the shape memory alloys（SMA） have more reasonable and workable than any other type of the SMAs, e.g. Ti-Ni alloy. Its shape memory effect and super elasticity that are caused with the stressinduced γ（Austenite）⇔ ε martensitic transformation have been studied for. The cycled tensile tests are conducted on the springs made of FMS, S45C and SUS304. The load-displacement curve of FMS obtained by the cycled tensile test indicates a reversible large hysteresis loop. This is caused by
deformation in two different processes of stress-induced martensitic transformation at loading, and reverse transformation at unloading. The non-circular wire helical spring of FMS is able to absorb more energy in early stage during large deformation than of S45C and SUS304.

Shape memory alloy, Fe-Mn-Si based alloy, Non-circular wire helical spring, Martensitic　transformation