JPH0335371B2

JPH0335371B2 -

Info

Publication number: JPH0335371B2
Application number: JP56140225A
Authority: JP
Inventors: Dei Harison Jon
Original assignee: Raychem Corp
Current assignee: Raychem Corp
Priority date: 1980-09-05
Filing date: 1981-09-04
Publication date: 1991-05-28
Also published as: SG58287G; GB2083501A; US4337090A; EP0047639A2; ATE12525T1; CA1176488A; DE3169690D1; EP0047639B1; GB2083501B; JPS5779138A; EP0047639A3

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、本質的にニツケル、チタンおよび銅
から成る形状記憶合金に関する。形状記憶効果を示す合金は、現在ではよく知ら
れており、ニツケルおよびチタンを含む多数の合
金を包含している〔たとえば、米国特許第
3174851号、第3351463号および第3753700号参
照〕。この様な合金から広範囲にわたる有用な物
品、たとえば電気コネクタ、アクチユエータおよ
びパイプ継手などを製造することができる〔たと
えば、米国特許第3740839号、第4035077号および
第4198081号参照〕。チタン含量が49.9原子％より少なければ、この
様な合金は100〜500℃の範囲で不安定であるとい
うことが一般に認められている〔Wasilewski et
al.、Met.Trans.、第２巻、229〜38頁（1971年）
参照〕。不安定性（焼き戻し不安定性）は、焼きなまし
合金とさらに焼き戻された同じ合金との間での
Ms、すなわちオーステナイトからマルテンサイ
トへの転移が始まる温度の変化（一般に増加）と
して現われる。ここで焼きなましとは、高温に加
熱し、その温度で均一、無応力状態を得るのに充
分な時間保持し、次いでその状態を保つために充
分な程度急速に冷却することを意味する。900℃
程度で約10分間加熱すれば、焼きなましには一般
に充分であり、また空冷が一般に充分に急速な冷
却方法であるが、低チタン含量のいくつかの合金
の場合には水中で急冷する必要がある。焼き戻し
とは、中間温度で適当に長時間（たとえば、200
〜400℃で２〜３時間）保持することを意味する。
従つて不安定性の為、低チタン金合を高耐力（即
ち、高い降伏強さ）および低い、再現性のある
Msの組み合せが要求される形状記憶用途に用い
ることは不利である。これら形状記憶合金についてはさらに２つの要
件に注目しなければならない。これら要件とは、
加工性および機械加工性である。加工性とは、破
砕や亀裂を生じることなく塑性的に変形しうる合
金の性能であり、合金から物品（試験片も含め
て）を製造する場合に不可欠な性質である。機械
加工性は、施盤やドリルなどにより経済的に成形
しうる合金の性能である。機械加工性は合金の唯
一の性能ではないけれども、ニツケル／チタン合
金を機械加工することは困難であることが知られ
ている（たとえば、Machining Data
Handbook、第２版（1972年）の種々の合金につ
いての比較機械加工性条件参照）。すなわち、ニ
ツケル／チタン合金の成形は高価につき、それゆ
え自由に機械加工できるニツケル／チタン形状記
憶合金は経済的に非常に魅力のあるものである。本発明者らは、ニツケル／チタン合金に第３成
分として銅を添加することにより化学量論量以下
の量のチタンしか含んでいないにもかかわらず非
常に優れた安定性を有する新しい種類のニツケ
ル／チタン合金を製造することが可能であること
を見い出した。さらにこの新規合金は高耐力と低
Msの一般に望ましい組み合せを有している。加
えて驚くべきことに、この合金は著しく改善され
た機械加工性および加工性をも有している。一要旨によれば、本発明は、組成が、ニツケ
ル、チタンおよび銅の三元組成図において、ニツ
ケル49.7原子％、チタン48.8原子％および銅1.5原
子％にある頂点Ａ；ニツケル47.5原子％、チタン
47.5原子％および銅5.0原子％にある頂点Ｂ；お
よびニツケル47.5原子％、チタン43.5原子％およ
び銅9.0原子％にある頂点Ｃを有する三角形ABC
で定められる領域内にあり、−50℃と−196℃の間
のA₅₀値を有する本質的にニツケル、チタンおよ
び銅から成る形状記憶合金を提供する。好ましくは、組成が、ニツケル、チタンおよび
銅の三元組成図において、ニツケル49.7原子％、
チタン48.8原子％および銅1.5原子％にある頂点
Ａ；ニツケル47.5原子％、チタン47.5原子％およ
び銅5.0原子％にある頂点Ｂ；ニツケル47.5原子
％、チタン45.0原子％および銅7.5原子％にある
頂点Ｆ；およびニツケル48.2原子％、チタン45.0
原子％および銅6.8原子％にある頂点Ｇを有する
四辺形ABFGで定められる領域内にある合金を
提供する。より好ましくは、組成は、ニツケル、チタンお
よび銅の三元組成図において、ニツケル49.7原子
％、チタン48.8原子％および銅1.5原子％にある
頂点Ａ；ニツケル47.5原子％、チタン47.5原子％
および銅5.0原子％にある頂点Ｂ；ニツケル47.5
原子％、チタン46.0原子％および銅6.5原子％に
ある頂点Ｄ；およびニツケル48.9原子％、チタン
46.8原子％および銅4.3原子％にある頂点Ｅで定
められる四辺形ABDEで定められる領域内にあ
る。この様な合金は、高耐力および低転移温度を有
利に示すが、このことは、上述した様に、形状記
憶用途にとつて望ましいことである。さらに、該
合金は意外にも良好な安定性、加工性および機械
加工性を示す。第２の要旨によれば、本発明は、先に規定した
合金が製造された形状記憶性を有する物品を提供
する。この物品は、経済的に魅力的なコストで製
造することができる。本発明の合金は、たとえば米国特許第3753700
号および第4144057号に記載されているような方
法で有利に製造することができる。次に実施例を示し、本発明の合金について具体
的に説明する。実施例市販の純チタン、ニツケルカーボニルおよび
OFHC銅を、第１表に示す原子％組成になる様に
秤量した（試験用インゴツトの全質量は約330ｇ
であつた）。金属を、電子線熔融炉の室内の水冷
銅製炉床に置き、室を10^-5torrに減圧し、電子線
により充填物を熔融して合金にした。得られたイ
ンゴツトを、ホツトスエージで形つけし、約850
℃において空気中でホツトロールに通し、厚さ約
0.5mmのストリツプを製造した。スケールを除去
した後、ストリツプから試験片を切り出し、900
℃で減圧焼きなましを行つた。焼きなました試験片を冷却し、抵抗変化を測定
しながら再加熱した。抵抗−温度プロツトからマ
ルテンサイト転移が完了する温度Mfを決定した。
次いで、試験片をMf以下に冷却し、変形した。
続いて変形力を除き、温度を上昇させながら無負
荷での回復を追跡した。各合金の転移温度を、全
回復量の50％が生じる温度として決定した。これ
をA₅₀とする。転移の温度は応力依存することが
知られているので、A₅₀は転移温度の測定に特に
適している。各試験片を、400℃で２時間焼き戻した後、試
験を繰り返した。焼きなまし試験片と焼き戻し試
験片との間と抵抗率変化およびA₅₀の温度シフト
の平均を不安定性の指数として用いた〔指数の絶
対値が大きいほど不安定性が大きい〕。焼きなま
し試験片の耐力を、応力誘発マルテンサイトの形
成を避けるのに充分な高温で測定した。A₅₀、不
安定指数および耐力を第１表に示す。このデータ
を基礎として、本発明において好ましい組成限界
を決定した。実用上、特に好ましい形状記憶合金
の半回復温度A₅₀は例えば約−50℃以下であり、
不安定指数の絶対値は例えば約10以下である。従
つて、この場合、組成限界は、A₅₀＝−50℃、不
安定指数の絶対値が10となる。

【表】

【表】本発明の合金の組成は、ニツケル、チタンおよ
び銅三元組成図上の領域を用いて記述することが
できる。組成図における合金の一般的な領域を第
１図中に小さい三角形で示す。組成図のこの領域
を拡大して第２図に示す。Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、
ＦおよびＧ点における組成は、下記第２表に示す
通りである。

【表】線ABおよびBCは、−50℃のA₅₀にほぼ対応す
る。即ち、線ABは、合金１および１６ではA₅₀
が−50℃以下であり、合金２および１１ではA₅₀
が−50℃より少し高いことを考慮して規定され
る。また、線BCは、合金１６および１８では
A₅₀が−50℃以下であり、合金１５ではA₅₀が−
50℃より少し高いことを考慮して規定される。一
方、線ACは、合金の安定限界に対応している。
即ち、合金８，１２および１７は、絶対値10以下
の不安定指数を示し、合金９はやや大きい不安定
指数を示すことを考慮して規定したものである。
また、線ACの右側の領域の合金あるいは点Ａよ
り低銅含量の合金は、一般に製造条件に関して不
安定である。これら合金において引き起こすこと
のできる熱回復塑性変形（形状記憶）の程度はチ
タン含量の減少に伴い減少するので、本発明で特
に好ましい合金は第２図の三角形ABCの頂点
（高チタン含量頂点）Ａに近い領域、すなわち四
辺形ABFG、より好ましくは四辺形ABDEの中
に存在する。本発明の合金は、同様にニツケル／チタン合金
から予測されるのに比べて、意外にも非常に優れ
た機械加工性を有していることが見い出された。
特定のいかなる理論にも束縛されることは望まな
いが、本発明合金のこの様な自由な機械加工性
は、チタン−ニツケルマトリツクス中に第２相、
おそらくTi₂（Ni、Cu）₃が存在していることに関
係しているものと考えられる。従つて、この様な
改良された機械加工性はチタン含量が化学量論値
より少く、チタン：ニツケル：銅の割合が第２相
の形成に好ましい様な場合にのみ現われるものと
考えられる。実施例に記載した方法の他に、本発明の合金は
高チタン合金を処理するのに適した他の方法によ
り各成分（または適当なマスター合金）から製造
することができる。これら方法の詳細および不活
性雰囲気中または減圧下のいずれで熔融するにし
ても酸素および窒素を排除するのに必要な予防策
は当業者には周知であるので、ここでは繰り返さ
ない。これらの方法および記載した物質から得られる
合金は、酸素および窒素を含め他の元素を少量、
たとえば合計約0.05〜0.2％含んでいることもあ
る。これらの物質の影響は、一般に合金のマルテ
ンサイト転移温度を下げることである。本発明の合金は、従来の合金とは対照的に、良
好な焼き戻し安定性を有し、熱加工性があり、自
由な機械加工性がある。さらに、本発明の合金は
形状記憶性を有しており、−50℃以下で液体窒素
の沸点以上のA₅₀を有している。

【図面の簡単な説明】

第１図は、ニツケル／チタン／銅合金の一般的
な組成領域を含むニツケル、チタンおよび銅三元
組成図、第２図は、本発明の合金の組成領域
ABCを含むニツケル、チタンおよび銅三元組成
図。

Claims

【特許請求の範囲】１組成が、ニツケル、チタンおよび銅の三元組
成図において、ニツケル49.7原子％、チタン48.8
原子％および銅1.5原子％にある頂点Ａ；ニツケ
ル47.5原子％、チタン47.5原子％および銅5.0原子
％にある頂点Ｂ；およびニツケル47.5原子％、チ
タン43.5原子％および銅9.0原子％にある頂点Ｃ
を有する三角形ABCで定められる領域内にあり、
−50℃と−196℃の間のA₅₀値を有することを特
徴とする本質的にニツケル、チタンおよび銅から
成る形状記憶合金。２組成が、ニツケル、チタンおよび銅の三元組
成図において、ニツケル49.7原子％、チタン48.8
原子％および銅1.5原子％にある頂点Ａ；ニツケ
ル47.5原子％、チタン47.5原子％および銅5.0原子
％にある頂点Ｂ；ニツケル47.5原子％、チタン
46.0原子％および銅6.5原子％にある頂点Ｄ；お
よびニツケル48.9原子％、チタン46.8原子％およ
び銅4.3原子％にある頂点Ｅを有する四辺形
ABDEで定められる領域内にある特許請求の範
囲第１項記載の合金。３組成が、ニツケル、チタンおよび銅の三元組
成図において、ニツケル49.7原子％、チタン48.8
原子％および銅1.5原子％にある頂点Ａ；ニツケ
ル47.5原子％、チタン47.5原子％および銅5.0原子
％にある頂点Ｂ；ニツケル47.5原子％、チタン
45.0原子％および銅7.5原子％にある頂点Ｆ；お
よびニツケル48.2原子％、チタン45.0原子％およ
び銅6.8原子％にある頂点Ｇを有する四辺形
ABFGで定められる領域内にある特許請求の範
囲第１項記載の合金。