JPH0216369B2 - - Google Patents

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JPH0216369B2
JPH0216369B2 JP60249957A JP24995785A JPH0216369B2 JP H0216369 B2 JPH0216369 B2 JP H0216369B2 JP 60249957 A JP60249957 A JP 60249957A JP 24995785 A JP24995785 A JP 24995785A JP H0216369 B2 JPH0216369 B2 JP H0216369B2
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JP
Japan
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shape memory
less
deformation
present
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JP60249957A
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English (en)
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JPS62112720A (ja
Inventor
Masahito Murakami
Shoichi Matsuda
Hiroaki Ootsuka
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Steel Corp
Original Assignee
Nippon Steel Corp
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Publication date
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D8/00Modifying the physical properties of ferrous metals or ferrous alloys by deformation combined with, or followed by, heat treatment

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Heat Treatment Of Steel (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
(産業上の利用分野) 本発明は高強度、高靭性で必要な場合には耐熱
性や耐食性を有するFe−Mn−Si系形状記憶合金
の形状記憶能を向上させる方法に関するものであ
る。 (従来の技術) 特願昭59−187403号、同60−40561号に示され
ているように、Fe−Mn−Si系形状記憶合金は、
通常の真空溶解や大気溶解で鋳塊を製造し熱間圧
延、温間圧延により板等所望の形状に加工し、適
当な熱処理を施すと40°曲げでほぼ100%の形状回
復を示す。しかし4%の引張歪を与えて形状回復
機能を調べると60%程度しか回復しない。これは
4%という歪が本材料の形状記憶量の限界を越え
たため回復率が低下したものと考えられる。 形状記憶合金を実用に供する場合、4%程度あ
るいはそれ以上の歪を受ける用途も多いので、こ
のような厳しい変形に対しても100%の回復を示
せば使用範囲の拡大が期待できる。 (発明が解決しようとする問題点) 本発明はFe−Mn−Si系形状記憶合金において
歪を加えた状態でも優れた形状記憶特性を発揮さ
せるための特性向上方法に関するものである。 (問題点を解決するための手段) 本発明合金の形状記憶作用は、Md点(応力で
マルテンサイトが生成しはじめる温度)以下で変
形させることによつてγ→ε変態を起させ、その
後Af点(マルテンサイトが母相に逆変態してし
まう温度)以上に加熱することによつてε→γ変
態で元の構造に戻る工程で得られている。ところ
が、変形量が大きくなると、γ→ε変態だけでは
なく、γのすべり変形が生じてしまう。つまり、
γのすべり変形に対する抵抗を大きくしてやれ
ば、それだけ大きい変形をγ→ε変態で対応でき
ることになり、形状記憶効果の生じる歪量が増大
すると考えられる。 一般に材料のすべり変形に対する抵抗は材料中
に転位を導入することによつて上昇することが知
られており、従来の形状記憶合金でもくり返し形
状回復を行ううちに材料中に転位が導入され、マ
トリツクスのすべり変形に対する抵抗力が上昇
し、形状記憶特性の向上することがトレーニング
効果として知られている。本発明者らはFe−Mn
−Si系形状記憶合金においても同様の効果が得ら
れると考え、Af点直上に加熱温度を選定し、γ
→ε→γ変態を反覆させたところ、γの加工硬化
が極度に進行し、形状記憶効果は全く改善されな
いか、あるいはむしろ低下する傾向さえみられ
た。そこで本発明者らは、この加工硬化が形状回
復効果を阻害する原因と考え、変形回復温度を
Af点(本発明鋼では200℃前後)よりも高温で一
定時間加熱すれば形状回復率が向上すると考え、
変形→高温加熱回復→変形サイクルを繰返したと
ころ形状記憶効果が向上し、4%歪でもほぼ100
%の回復を示すことを見出した。 本発明はこのような知見に基くもので、重量%
でMn20〜40%、Si3.5〜8%を含有した鉄基合金
または前記成分に10%以下のCr、Ni、Co、2%
以下のMo、1%以下のC、Al、Cuの1種または
2種以上を含有させた鉄基合金または前記各成分
に、さらにCaあるいは希土類元素を0.01%以下添
加した鉄基合金からなる形状記憶合金に、20%以
下の加工と400℃以上の加熱を1回以上与えるこ
とを特徴とするFe−Mn−Si系形状記憶合金の特
性向上方法に関するものである。 そこで先ず本発明における各成分とその量の限
定理由について説明する。 Mnは20%未満では応力誘起によつてε相の生
成とともにα′相も導入され形状記憶効果を低下さ
せる。また40%を越えるとγが安定化されγ→ε
変態よりも、γのすべり変形が優先的に生じるよ
うになる。そこで20〜40%とした。 Siはγ→ε変態を促進させる元素であり、その
充分な効果は3.5%以上の添加によつて得られる。
また8%を越えると合金の加工性、成形性がそこ
なわれるので、その範囲を3.5〜8%とした。 Crはγ→ε変態を容易にし、形状記憶特性を
向上させる上、耐食性の向上にも役立つが10%を
越えて添加すると、Siと低融点の金属間化合物を
作り、合金の溶製が不可能になる。 Niは形状記憶特性を劣化させることなく靭性
の向上に寄与するが、10%を越えて添加すると熱
間加工性が悪くなる。 Coは形状記憶効果を向上させ、熱間加工性も
向上させるが、高価であり、また多量に添加して
も効果が顕著ではないので、その上限を10%とし
た。 Moは形状記憶効果を向上させるとともに耐熱
性をも向上させるが、2%を越えると熱間加工性
が悪くなり形状記憶特性も低下する。 Cは形状記憶効果を向上させるが1%を越える
と靭性が著しく劣化する。 Alは脱酸剤として作用するとともに形状記憶
効果を向上させるが、1%以上添加しても効果に
変化がない。 Cuは形状記憶効果を劣化させることなく耐食
性を向上させるが、その添加は上限1%で十分で
ある。 CaはMnSの形状制御により形状記憶効果を向
上させるが、過剰の添加は靭性、疲労特性などを
損うので上限を0.01%とした。 稀土類元素(REM)はCaと同様に、MnSの形
状制御により形状記憶効果を向上させるが、過剰
に添加すると、靭性、疲労特性などを損うので、
上限を0.01%とした。 なお本発明においてはMnSの形状制御効果を
確実にするためSおよびPをそれぞれ0.003%以
下にすることが好ましい。 次に本発明の特徴とする処理について説明す
る。 加工の上限を20%とした理由は、20%を超える
変形では材料内部に割れを生じてしまい、その後
の加熱によつて回復が不可能となるためである。
なお、加工の下限は形状記憶効果が現われる0.5
%程度である。 また加工後、400℃以上に加熱する理由は、変
形のうちγ→ε変態で生じたεを消してγ一相と
し、さらにγの加工硬化の一部を取り除き、形状
記憶特性を向上させるためである。しかし加熱温
度が400℃以下の場合には回復の度合が小さくな
るため400℃以上の加熱が必要である。また上限
は1350℃程度である。なお、この際の加熱時間は
1〜60分程度が望ましい。 また20%以下の加工と400℃以上の加熱を繰返
すと1回の場合に比べて形状記憶効果はさらに改
善される。 (実施例) 次に本発明の実施例について説明する。 実施例 1 第1表はFe−30%Mn−5.5%Si形状記憶合金に
対して本発明方法を実施した場合の結果を比較法
とともに示すものである。 表中、プロセスNo.1〜5は本発明法、No.6〜8
は比較法である。 比較の基準となるプロセスNo.6においては20%
変形に対する形状記憶効果は100%であるが、40
%変形に対する形状記憶効果は50%である。 これに対し、本発明方法のプロセスNo.1は加工
量20%以下、加熱温度400℃以上、繰返し回数1
の場合であるが、形状記憶効果は20%変形の場合
は100%であることは勿論のこと、40%変形に対
する形状記憶効果も80%となり、No.6より優れて
いる。またプロセスNo.2〜5は、加工−加熱の繰
返し回数2、3、4、5の場合であるが、40%変
形に対する形状記憶効果は繰返し回数2の場合は
90%、3〜5回の場合では100%に到達する。 また比較法No.7は加工量が本発明方法の範囲
外、またNo.8は加熱温度が本発明方法の範囲外で
あるため形状記憶効果は改善されない。
【表】 実施例 2 第2表は、基本成分Fe−32%Mn−6%Si形状
記憶合金に対する合金元素の影響を、本発明方法
の範囲内で添加した場合と、本発明方法の範囲外
で添加した場合を対比して示したものである。表
中No.1〜14は本発明方法、No.15〜21は比較法であ
る。この表から明らかなように比較鋼は形状記憶
効果は良好であるが、熱間加工性、疲労特性など
が劣る。 これに対して本発明方法においては形状記憶効
果のみならず熱間加工性、靭性、疲労特性、その
他の諸特性がすべて良好である。なお第2表にお
ける形状記憶効果はいずれも40%変形に対するも
のである。
【表】 (発明の効果) 以上説明したように本発明方法によればFe−
Mn−Si系形状記憶合金の形状記憶機能の向上を
図ることができる。また形状記憶特性に影響を及
ぼすことなく、強度、靭性、熱間加工性、疲労特
性などの諸特性の向上を図ることができ、その結
果形状記憶合金の用途を拡大することができる。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 重量%でMn20〜40%、Si3.5〜8%を含有し
    た鉄基合金に、20%以下の加工と400℃以上の加
    熱を1回以上与えることを特徴とするFe−Mn−
    Si系形状記憶合金の特性向上方法。 2 重量%でMn20〜40%、Si3.5〜8%に加え
    て、10%以下のCr、Ni、Co、2%以下のMo、
    1%以下のC、Al、Cuの1種または2種以上を
    含有した鉄基合金に、20%以下の加工と400℃以
    上の加熱を1回以上与えることを特徴とするFe
    −Mn−Si系形状記憶合金の特性向上方法。 3 重量%でMn20〜40%、Si3.5〜8%に加え
    て、10%以下のCr、Ni、Co、2%以下のMo、
    1%以下のC、Al、Cuの1種または2種以上及
    びさらに0.01%以下のCa又は希土類元素を含有し
    た鉄基合金に、20%以下の加工と400℃以上の加
    熱を1回以上与えることを特徴とするFe−Mn−
    Si系形状記憶合金の特性向上方法。
JP60249957A 1985-11-09 1985-11-09 Fe−Mn−Si系形状記憶合金の特性向上方法 Granted JPS62112720A (ja)

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