JPH01313109A - ＴｉＮｉ系形状記憶合金線材の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、ばね等に使用されるＴｉＮｉ系形状記憶合金
線材を製造する方法に関するものである。

［従来の技術］ 形状記憶合金の代表例として知られるＴｉ−ＮｌＺ元合
金は、その優れた形状記憶効果に加え、時効硬化性を有
することや耐食性に優れていること等の理由によって幅
広い分野でその応用開発が進められている。また上記２
元合金のＴｉ又はＮｉの一部を、使用目的に応じてＣｕ
、Ｃｏ。

Ｎｂ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ等の元素で置換したＴｉＮ
ｉ系形状記憶合金も知られている。しかしながらこれら
の合金は難加工性であり、特に冷間での伸線や板圧延が
困難であるのでこれが当該合金のコストアップの最大の
原因になっている。

ＴｉＮｉ系形状記憶合金線材（以下単にＴｉＮｉ系合金
線材と呼ぶこともある）を得るに当たっては、ダイスを
用いた冷間伸線が主に採用されてきたが、この場合は難
加工性故に１パス当たりの加工率（減面率）が限られる
ことに加え、２０〜３０％で中間焼鈍を施す必要があり
、生産性の点で大きな問題となっている。一方いわゆる
温間加工によって生産性を上げることも検討されたが、
この場合も１パス当たりの減面率がせいぜい１５％程度
であり、生産性向上の成果は上がっていない。

［発明が解決しようとする課題］ 本発明方法はこうした技術的課題を解決する為になされ
たものであって、その第１の目的は上記趣旨から明らか
な様に、ＴｉＮｉ系合金線材の生産性を向上することに
あるが、その他ＴｉＮｉ系形状記憶合金線材自体のばね
剛性等の特性を向上させることをもその目的とする。

［課題を解決する為の手段コ 上記目的を達成し得た本発明方法とは、ＴｉＮｉ系形状
記憶合金線材を製造するに当たり、前記合金にダイレス
伸線を加え、少なくとも最終の線引工程では減面率３０
％以上でダイスによる冷間伸線を行なう点に要旨を有す
るＴｉＮｉ系形状記憶合金線材の製造方法である。

［作用］ 本発明者らは、公知技術であるダイレス伸線法に着目し
、この加工条件について鋭意研究を重ねた。

まず本発明者らは、ダイレス伸線法によってＴｉＮｉ系
合金を伸線した場合、条件によっては１パス当たり４０
％以上の変形をすら可能になることを見出した。この結
果から、ダイレス伸線法によってＴｉＮｉ系合金を伸線
すると、従来行なわれできた冷間伸線法や温間伸線法に
比べて大幅な生産性の向上が期待できるとの知見が得ら
れた。またこのときのダイレス伸線温度に関しては、生
産性を重視する意味からして再結晶温度を超える６００
℃以上の温度であることが望ましいとの結論に達した。

一方ダイレス伸線温度の上限に関しては、９００〜１２
００℃までは延性はほとんど変らないが、１１００℃を
超える温度ではＴｉＮｉ合金線材の強度が非常に低下し
、ダイレス伸線のコントロールが困難になることから、
１１００℃以下であることが好ましいとの結論に達した
。

上述した様に、適正な温度範囲内でダイレス伸線を加え
るならばＴｉＮｉ系合金線材の生産性が向上されるとの
知見が得られたのであるが、この様にして得られるＴｉ
Ｎｉ系合金線材には、所望の特性、例えばばね剛性等の
強度が十分であることが必要である。

そこで本発明者らは、前述した適正温度範囲内でダイレ
ス伸線した線材をも含め、下記■〜■の各工程によって
得られた各種線材を用いてばねを作成し、それらのばね
剛性について比較した。

尚下記■〜■の工程における冷間加工及び温間加工はい
ずれもダイスを用いたものである。

■ダイレス伸線のまま ■ダイレス伸線＋冷間伸線（減面率４３％）■冷間伸線
だけ（最終減面率４３％） ■温間伸線＋冷間伸線（減面率４３％）その結果、上記
■の工程で得られた線材の母相（変態点以上の温度）の
状態におけるばね剛性は、他の線材と比べて顕しく高く
なることが判明した。（後記実施例１参照）。

最終の線材工程においてダイスによる冷間伸線を行なえ
ば、その減面率の増大に伴なって線材のばね剛性が上昇
することはよく知られた現象であり、上記現象の原因に
ついては、冷間伸線中に材料内に転位が蓄積し、それが
限界応力を高める為であると考えられている。また冷間
伸線後に行なわれる形状記憶効果付与の為の熱処理条件
によっても、転位の状態が変化してばね剛性が変化する
ことも知られている。しかしながら本発明者らの上記研
究によれば、冷間伸線における減面率及び熱処理条件を
一定としたにもかかわらず、■の工程（本発明方法）に
よって得られる線材のばね剛性のみが著しく向上すると
いう注目すべき事実が判明した。これは冷間伸線に先立
ってダイレス伸線を施したことに起因しているのは明ら
かである。こうした効果の得られる理論については全て
究明し得た訳ではないが、おそらくダイレス伸線におけ
る急速加熱及び急速冷却によって均一微細粒が形成され
、最終の冷間伸線において全ての結晶粒内に転位が均一
に導入される為であろうと推察される。

以上のことから次の様な結論が得られる。即ち、生産性
を重視する意味からすればダイレス伸線温度は再結晶温
度を超える比較的高温であることが望まれるが、この場
合ダイレス伸線のままでは金属組織中に転位が導入され
ず、高いぼね剛性は得られない。そこで少なくとも最終
の線引工程でダイスによる冷間伸線を加えたところ、そ
れによってＴｉＮｉ系合金線材の特性が著しく向上し得
たのである。

一方本発明者らは、最終の線引工程での冷間伸線におけ
る最適な減面率を把握する為に実験を行なったところ、
十分なばね剛性を付与する為の減面率は３０％以上必要
であることが判明した（後記実施例２参照）。従って本
発明方法を実施する際の最終の線引工程での冷間伸線に
おける減面率は３０％以上とする必要がある。

冷間伸線における減面率を大きくすればするほど線材の
ばね剛性は上昇する傾向を示すが、同時に延性が低下す
る傾向もある。従って減面率の上限は、例えばばね成形
等の２次加工ができるか否かによって決定される。本発
明者らは、減面率の上限についても各種の線材について
検討した。

その結果、ダイレス伸線を加えた線材は、温間伸線や（
冷間伸線＋焼鈍）を施した線材に比べて、その減面率の
上限が大きいことが判明した。この様な点からしても、
本発明方法の一連の手順は高剛性ＴｉＮｉ系合金線材を
得る為の工程として極めて有効である。

更に最終線引工程での冷間伸線における減面率の増大は
、ＴｉＮｉ系形状記憶合金の熱サイクル疲労に対する耐
久性を向上させる意味からしても極めて有効である。即
ちＴｉＮｉ系合金の変態にはＲ相変態とマルテンサイト
相変態の２種類があり、このうちＲ相変態を利用すれば
変態点のヒステリシスが小さくなり、耐久性の良い機能
が得られる。そしてこのＲ相変態を支配的に起こさせる
為には、冷間加工率（前記減面率）をできるだけ大きく
すること、或は熱処理温度を低くすること等が有効であ
る。

以下本発明を実施例によって更に詳細に説明するが、下
記実施例は本発明を限定する性質のものではなく、前・
後記の趣旨に徴して設計変更することはいずれも本発明
の技術的範囲に含まれるものである。

［実施例］ 実施例Ｉ Ｔ　１−５４．６重量％Ｎｉ合金を下記第１表に示す各
種工程で細線化して得られた各供試材Ａ−Ｄについて剛
性を測定した。

まず供試材製造に際しては、熱間圧延と熱間スェージン
グによって４　ｍｍ＊のＴ　ｉ　Ｎ　ｉ　合金線材を作
り、供試材Ａでは該合金線をダイレス伸線の繰り返しに
よって０．９４ｍｍφまで線引きを行ない、また供試材
Ｂ−Ｄでは上記合金線を夫々ダイレス伸線、冷間伸線＋
中間焼鈍及び温間伸線を繰り返して細線化した後最終の
線引きを減面率４３〜４３．４％で冷間伸線を施した。

そしてこれらの供試材ＡＮＤについて、 線径ｄ　、　＝　０．９４ｍｍφ　　（但し供試材りに
ついては０．９　　ｍｍす　） ばね径ｄ　２＝　５．４４１１１ｍφ　（但し供試材り
については５．４　　ｍｍす　） 巻数ｎ　＝１５回 ピッチＰ＝２ｍｍ のばねを作製し、４００℃×１５分で加熱した復水で冷
却（水焼入れ）することによって形状記憶処理し、０℃
（マルテンサイト相の状態）と１２０℃（母相の状態）
の双方についてばね剛性を求めた。尚ダイレス伸線工程
では、減面率によっては線材の外径変動が大きくなる場
合があったので、途中冷間スキンパス伸線をも含めた。

この結果を第１図に示す。ここでばね剛性Ｇとは、０．
５％の剪断歪に相当するたわみをばねに与え、その際の
発生力から次式を用いて求めたものである。

但し、γ：剪断歪（０，００５） δ：たわみ量 Ｐ：発生力 ｄ・線径 Ｄ：ばね中心径 ｎ：巻数 この第１図から明らかであるが、本発明で規定する要件
に従って得られる供試材Ｂは、マルテンサイト相でのば
ね剛性では供試材Ｃ，Ｄと大差は認められないものの、
母相でのばね剛性は他の供試材Ａ、Ｃ，Ｄと比べて顕し
く高くなっていることが理解される。

実施例２ 熱間圧延と熱間スェージングによって４ｍｍすのＴｉＮ
ｉ合金線材を作製しく合金組成は実施例１と同じ）、該
合金線材から３〜５パスのダイレス伸線を経た後最終の
冷間伸線での減面率を変化させた６種類の線材を作製し
た。尚このときの線材の径はすべて０．９４ｍｍゆであ
る。得られた各線材を用いて、実施例１に示した形状の
ばねを作製し、各種温度におけるばね剛性を測定した。

この結果を第２図に示す。この第２図から明らかである
が、最終の冷間伸線での減面率を３０％以上とすれば、
十分なばね剛性が得られることが理解される。

尚第２図には最終の冷間伸線における減面率が６０％の
ものも含まれており、これは本発明方法によるとこれほ
ど高い減面率であってもばね成形が可能であることを示
すものである。これに対しダイレス伸線を行なわずに温
間伸線や玲間伸線十焼鈍で製造した線材についての同様
の実験では、その後の条件を同一にしても最終の冷間伸
線で減面率が５０％を超えると延性が極端に劣化してし
まい、ばね成形の段階で破断するという結果を示した。

［発明の効果］ 以上述べた如く本発明によれば、既述の手順に従ってＴ
ｉＮｉ系形状記憶合金線材を製造することにより、生産
性向上は勿論のこと線材自体の特性向上が図れるので次
の様な各種の効果が期待される。

■ばね剛性が高い線材が得られるので、細い線材のばね
であっても高いぼね強度が得られる。

■母相とマルテンサイト相での強度差が大きいので、バ
イアスばねと組合わせたアクチュエーター等の設計上有
利である。

■冷間加工率を上げることが可能となり、熱サイクル疲
労に対して耐久性の優れたばねが得られる。

■線材加工のコストダウンが図れる。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例１における各供試材Ａ〜Ｄのばね剛性を
示すグラフ、第２図はダイレス伸線後の冷間伸線の際の
減面率かばね剛性に及ぼす影響を示すグラフである。 第１図 ＢＣＤ 供試材 第２図 線のまま

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ＴｉＮｉ系形状記憶合金線材を製造するに当たり、前記
   合金にダイレス伸線を加え、少なくとも最終の線引工程
   では減面率３０％以上でダイスによる冷間伸線を行なう
   ことを特徴とするＴｉＮｉ系形状記憶合金線材の製造方
   法。