JPH0524983B2 - - Google Patents
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- JPH0524983B2 JPH0524983B2 JP22991684A JP22991684A JPH0524983B2 JP H0524983 B2 JPH0524983 B2 JP H0524983B2 JP 22991684 A JP22991684 A JP 22991684A JP 22991684 A JP22991684 A JP 22991684A JP H0524983 B2 JPH0524983 B2 JP H0524983B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- alloy
- shape memory
- martensite
- iron
- present
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- Expired - Lifetime
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- Hard Magnetic Materials (AREA)
- Heat Treatment Of Steel (AREA)
Description
本発明は鉄系形状記憶合金に関する。
形状記憶合金は、その特異な機能を利用して、
工業、エネルギー、医学等種々の分野への応用展
開が期待される金属材料であつて、既に一部では
その実用化も試みられている。形状記憶現象及び
擬弾性現象は、熱弾性アルテンサイト変態を起こ
す合金に現われるものであつて、かかる現象を示
す金属材料は、主として非鉄合金において多く見
出されているが、鉄系合金においても、Fe−25
原子％ptとFe−30原子％Pdとが熱弾性マルテン
サイトになり、完全な形状記憶現象を示すことが
知られている。 更に、最近になつて、Fe−Ni−Co−Ti合金を
オーステナイト域で時効処理、即ち、オースエイ
ジした後、低温に冷却するとき、シン・プレート
（thin plate）・マルテンサイト組織が形成され
（日本金属学会秋期大会一般講演概要第216頁
（1982年９月））、更に、この合金が形状記憶現象
を示すことも見出されている。この合金は鉄系合
金であるために製造が容易であると共に、比較的
安価であり、実用性の高い形状記憶合金である
が、一方、この合金においては、オースエイジす
るとき、オーステナイト粒界に粒界反応型の析出
物として、η相のNi3Ti（以下、η−Ni3Tiと称す
る。）が析出することも既に知られている（日本
金属学会春期大会一般講演概要第198頁及び306頁
（1984年４月））。 本発明者らは、上記合金を特にその機械的性質
に及ぼす上記析出物の影響なる観点から更に鋭意
研究した結果、この析出物が粒界に存在すると
き、合金の延性を低めることを見出した。形状記
憶合金において延性が低いことは、繰返し変形に
対して旧粒界が脆弱であることにつながり、かく
して、粒界破壊しやすいこととなる。 本発明者らはFe−Ni−Co−Ti系形状記憶合金
における上記した問題を解決するために、この合
金をオースエイジしたときに現われる形状記憶性
を阻害することなく、このオースエイズ中に生じ
るη−Ni3Tiの粒界析出を防止し、若しくは抑制
する添加元素について鋭意、広範に研究した結
果、合金中のTi量によつてその適正な添加量は
必ずしも同じではないが、概してAl、Mo、Nb
及びＢよりなる群から選ばれる１種を単独添加
し、又は２種以上を複合添加することによつて、
前記η−Ni3Tiの粒界析出を効果的に防止するこ
とができ、かくして、延性が改善されると共に、
形状記憶性にすぐれる鉄系形状記憶合金を得るこ
とができることを見出して、本発明に至つたもの
である。 本発明による鉄系形状記憶合金の第１は、重量
％で Ni 31〜35％、 Co ８〜15％、 Ti 2.5％より少ない量、及び Al 0.5〜10.0％、 残部鉄及び不可避的不純物よりなることを特徴
とし、第２は、重量％で (a) Ni 31〜35％、 Co ８〜15％、 Ti 2.5％より少ない量、及び Al 0.5〜10.0％に加えて、 (b) Mo 0.5〜3.0％、 Nb 0.5〜3.0％、及び Ｂ 0.001〜0.010％ よりなる群から選ばれる少なくとも１種の元素、
残部鉄及び不可避的不純物よりなることを特徴と
する。 シン・プレート・マルテンサイトは、完全双晶
マルテンサイトであること、及び変態歪による応
力がオーステナイト母相中では弾性変形によつて
緩和され、塑性変形が起こらないことに特徴を有
する。このようなシン・プレート・マルテンサイ
トの生成には、母材強度（降状強さ）が大きいこ
と又は剛性率が小さいことが有利であり、このよ
うな場合、変態歪による母相の塑性変形が起こり
難いからである。また、変態時の容積変化、変態
シアー量が少ないときも、変態に伴う母相への歪
が小さくなるので、塑性変形が起こり難くなる。
更にマルテンサイトの正方晶率（tetragonali−
ty）が大きいこともシン・プレート・マルテンサ
イトの生成に有利である。この正方晶率が大きく
なるほど、マルテンサイトの（112）双晶変形の
シアー量が小さくなり、双晶界面エネルギーが低
下する。これらはマルテンサイト晶内での双晶の
形成を容易にし、密度を大きくする作用がある。
また、正方晶率が大きいほど、変態シアー量は小
さくなり、母相の塑性変形が起こり難い。 シン・プレート・マルテンサイトの生成に有利
な他の要因は、マルテンサイトの生成温度、即
ち、MS点が低いことである。MS点が低いほど、
マルテンサイト晶での双晶変形がすべり変形に比
べて起こりやすいからである。また、母材の強度
も上昇し、塑性変形し難くなる。 本発明合金において、Ni、Co及びTiは合金に
シン・プレート・マルテンサイトを生成させるた
めに上記範囲にあることが必要であり、上記範囲
をはずれる組成によつては、合金はシン・プレー
ト・マルテンサイトを生成せず、従つて、形状記
憶性を示さない。特にNiはMS点を低くするのに
効果がある。Tiはオースエイジにより母相オー
ステナイト中に規則（ordered）γ′−Ni3Tiを均
一微細に析出させて、母相を強化し、或いはマル
テンサイトの正方晶の出現等に効果がある。ま
た、Coは母材のキユリー点を上昇させ、MS点と
の差を大きくすることにより、変態容積変化を小
さくし、更に、母相の剛性率を低下させるのに有
効である。 上記のようにFe−Ni−Co−Ti合金をオースエ
イジすると、オーステナイト粒内にγ′相のNi3Ti
が微細に析出するが、この粒内における析出が飽
和すると、本来、Ni3Tiの安定相はη−Ni3Tiで
あるから、γ′−Ni3Tiはｎ−Ni3Tiに変化する。
この場合の変化はセパレート・ニユークレーシヨ
ン（separate nucleation）にて起こり、核生成
位置は粒界である。即ち、γ′−Ni3Tiとして析出
したNi及びTiが再度、マトリツクスに固溶し、
粒界に移動して、最終安定相であるη−Ni3Tiと
して再析出するのである。 本発明による合金は、前述したNi、Co及びTi
に加えて、Alと共に、Mo、Nb及びＢよりなる
群から選ばれる少なくとも１種の元素を含有する
ことができる。これら元素Al、Mo、Nb及びＢ
は、いずれも、Ni及びTiの拡散を妨げることに
よつて、η−Ni3Tiの粒界析出を防止する。更
に、Al及びNbはγ′−Ni3Tiを安定化し、Ｂはη
−Ni3Tiの粒界析出核生成を抑制する。 更に、本発明によれば、Mo及びNbは、合金の
形状記憶性を高めるのみならず、オーステナイト
強度を高める結果、合金の形状回復力を強める効
果を有する。 上述した効果を有効に発現させるためのこれら
元素の適正な添加量は、合金におけるTi量に依
存する。本発明による合金は、Tiを2.5％よりも
少ない量で含むものである。 上述した効果を有効に得るために、本発明によ
る合金は、Alを0.5〜10.0％の範囲で含有する。
Al量が0.5％よりも少ないときは、Ni及びTiの拡
散を妨げ、また、γ′−Ni3Tiを安定化する効果が
十分でないので、η−Ni3Tiの粒界析出を防止す
ることができない。一方、Alを10.0％を越えて多
量に添加するときは、合金の形状記憶性を阻害す
ると共に、熱間加工性を劣化させる。 また、Mo及びNbについては、添加量をそれぞ
れ0.5〜3.0％の範囲とし、Ｂについては、0.001〜
0.010％の範囲とするのが適当である。 本発明による鉄系形状記憶合金は、前記所定の
組成を有する合金を900〜1200℃に加熱して溶体
化処理後、500〜800℃の温度で100時間以下のオ
ースエイジ処理を施すことにより製造することが
でき、冷却又は応力付加に対応して、シン・プレ
ート・マルテンサイトを生成させる。即ち、本発
明による合金は、ある温度以下で任意の方法によ
り変形を与えた後、加熱時にマルテンサイトが母
相へ戻る逆変態の終了温度Af点以上の温度に加
熱することによつて、形状が変形前に復元する形
状記憶性を示す。 実施例 表に示すように、Fe−Ni−Co−Ti合金を基本
合金とし、これにAlと共に、Mo、Nb及び／又
はＢを添加した合金を真空溶解法にて製造し、鍛
造、圧延して厚さ５mm、幅70mm及び長さ1000mmの
板を製造し、供試材とした。 この供試材を1150℃で１時間加熱して溶体化処
理した後、空冷し、この後、700℃で４時間オー
スエイジして、η−Ni3Tiの析出状況を観察し
た。また、上記オースエイジ処理後、厚さ１mm、
幅５mm及び長さ50mmの平板に切出し、液体窒素中
で−196℃の温度にて曲げ角度100゜のＶ字型に曲
げ変形を行ない、この後、室温中に取出して平板
に戻る度合によつて形状回復率を調べ、また、形
状回復力を調べた。更に、別に上記オースエイジ
処理後、引張試験片を作製し、常温にて引張試験
を行なつて伸びを測定した。結果を第１表に示
す。
工業、エネルギー、医学等種々の分野への応用展
開が期待される金属材料であつて、既に一部では
その実用化も試みられている。形状記憶現象及び
擬弾性現象は、熱弾性アルテンサイト変態を起こ
す合金に現われるものであつて、かかる現象を示
す金属材料は、主として非鉄合金において多く見
出されているが、鉄系合金においても、Fe−25
原子％ptとFe−30原子％Pdとが熱弾性マルテン
サイトになり、完全な形状記憶現象を示すことが
知られている。 更に、最近になつて、Fe−Ni−Co−Ti合金を
オーステナイト域で時効処理、即ち、オースエイ
ジした後、低温に冷却するとき、シン・プレート
（thin plate）・マルテンサイト組織が形成され
（日本金属学会秋期大会一般講演概要第216頁
（1982年９月））、更に、この合金が形状記憶現象
を示すことも見出されている。この合金は鉄系合
金であるために製造が容易であると共に、比較的
安価であり、実用性の高い形状記憶合金である
が、一方、この合金においては、オースエイジす
るとき、オーステナイト粒界に粒界反応型の析出
物として、η相のNi3Ti（以下、η−Ni3Tiと称す
る。）が析出することも既に知られている（日本
金属学会春期大会一般講演概要第198頁及び306頁
（1984年４月））。 本発明者らは、上記合金を特にその機械的性質
に及ぼす上記析出物の影響なる観点から更に鋭意
研究した結果、この析出物が粒界に存在すると
き、合金の延性を低めることを見出した。形状記
憶合金において延性が低いことは、繰返し変形に
対して旧粒界が脆弱であることにつながり、かく
して、粒界破壊しやすいこととなる。 本発明者らはFe−Ni−Co−Ti系形状記憶合金
における上記した問題を解決するために、この合
金をオースエイジしたときに現われる形状記憶性
を阻害することなく、このオースエイズ中に生じ
るη−Ni3Tiの粒界析出を防止し、若しくは抑制
する添加元素について鋭意、広範に研究した結
果、合金中のTi量によつてその適正な添加量は
必ずしも同じではないが、概してAl、Mo、Nb
及びＢよりなる群から選ばれる１種を単独添加
し、又は２種以上を複合添加することによつて、
前記η−Ni3Tiの粒界析出を効果的に防止するこ
とができ、かくして、延性が改善されると共に、
形状記憶性にすぐれる鉄系形状記憶合金を得るこ
とができることを見出して、本発明に至つたもの
である。 本発明による鉄系形状記憶合金の第１は、重量
％で Ni 31〜35％、 Co ８〜15％、 Ti 2.5％より少ない量、及び Al 0.5〜10.0％、 残部鉄及び不可避的不純物よりなることを特徴
とし、第２は、重量％で (a) Ni 31〜35％、 Co ８〜15％、 Ti 2.5％より少ない量、及び Al 0.5〜10.0％に加えて、 (b) Mo 0.5〜3.0％、 Nb 0.5〜3.0％、及び Ｂ 0.001〜0.010％ よりなる群から選ばれる少なくとも１種の元素、
残部鉄及び不可避的不純物よりなることを特徴と
する。 シン・プレート・マルテンサイトは、完全双晶
マルテンサイトであること、及び変態歪による応
力がオーステナイト母相中では弾性変形によつて
緩和され、塑性変形が起こらないことに特徴を有
する。このようなシン・プレート・マルテンサイ
トの生成には、母材強度（降状強さ）が大きいこ
と又は剛性率が小さいことが有利であり、このよ
うな場合、変態歪による母相の塑性変形が起こり
難いからである。また、変態時の容積変化、変態
シアー量が少ないときも、変態に伴う母相への歪
が小さくなるので、塑性変形が起こり難くなる。
更にマルテンサイトの正方晶率（tetragonali−
ty）が大きいこともシン・プレート・マルテンサ
イトの生成に有利である。この正方晶率が大きく
なるほど、マルテンサイトの（112）双晶変形の
シアー量が小さくなり、双晶界面エネルギーが低
下する。これらはマルテンサイト晶内での双晶の
形成を容易にし、密度を大きくする作用がある。
また、正方晶率が大きいほど、変態シアー量は小
さくなり、母相の塑性変形が起こり難い。 シン・プレート・マルテンサイトの生成に有利
な他の要因は、マルテンサイトの生成温度、即
ち、MS点が低いことである。MS点が低いほど、
マルテンサイト晶での双晶変形がすべり変形に比
べて起こりやすいからである。また、母材の強度
も上昇し、塑性変形し難くなる。 本発明合金において、Ni、Co及びTiは合金に
シン・プレート・マルテンサイトを生成させるた
めに上記範囲にあることが必要であり、上記範囲
をはずれる組成によつては、合金はシン・プレー
ト・マルテンサイトを生成せず、従つて、形状記
憶性を示さない。特にNiはMS点を低くするのに
効果がある。Tiはオースエイジにより母相オー
ステナイト中に規則（ordered）γ′−Ni3Tiを均
一微細に析出させて、母相を強化し、或いはマル
テンサイトの正方晶の出現等に効果がある。ま
た、Coは母材のキユリー点を上昇させ、MS点と
の差を大きくすることにより、変態容積変化を小
さくし、更に、母相の剛性率を低下させるのに有
効である。 上記のようにFe−Ni−Co−Ti合金をオースエ
イジすると、オーステナイト粒内にγ′相のNi3Ti
が微細に析出するが、この粒内における析出が飽
和すると、本来、Ni3Tiの安定相はη−Ni3Tiで
あるから、γ′−Ni3Tiはｎ−Ni3Tiに変化する。
この場合の変化はセパレート・ニユークレーシヨ
ン（separate nucleation）にて起こり、核生成
位置は粒界である。即ち、γ′−Ni3Tiとして析出
したNi及びTiが再度、マトリツクスに固溶し、
粒界に移動して、最終安定相であるη−Ni3Tiと
して再析出するのである。 本発明による合金は、前述したNi、Co及びTi
に加えて、Alと共に、Mo、Nb及びＢよりなる
群から選ばれる少なくとも１種の元素を含有する
ことができる。これら元素Al、Mo、Nb及びＢ
は、いずれも、Ni及びTiの拡散を妨げることに
よつて、η−Ni3Tiの粒界析出を防止する。更
に、Al及びNbはγ′−Ni3Tiを安定化し、Ｂはη
−Ni3Tiの粒界析出核生成を抑制する。 更に、本発明によれば、Mo及びNbは、合金の
形状記憶性を高めるのみならず、オーステナイト
強度を高める結果、合金の形状回復力を強める効
果を有する。 上述した効果を有効に発現させるためのこれら
元素の適正な添加量は、合金におけるTi量に依
存する。本発明による合金は、Tiを2.5％よりも
少ない量で含むものである。 上述した効果を有効に得るために、本発明によ
る合金は、Alを0.5〜10.0％の範囲で含有する。
Al量が0.5％よりも少ないときは、Ni及びTiの拡
散を妨げ、また、γ′−Ni3Tiを安定化する効果が
十分でないので、η−Ni3Tiの粒界析出を防止す
ることができない。一方、Alを10.0％を越えて多
量に添加するときは、合金の形状記憶性を阻害す
ると共に、熱間加工性を劣化させる。 また、Mo及びNbについては、添加量をそれぞ
れ0.5〜3.0％の範囲とし、Ｂについては、0.001〜
0.010％の範囲とするのが適当である。 本発明による鉄系形状記憶合金は、前記所定の
組成を有する合金を900〜1200℃に加熱して溶体
化処理後、500〜800℃の温度で100時間以下のオ
ースエイジ処理を施すことにより製造することが
でき、冷却又は応力付加に対応して、シン・プレ
ート・マルテンサイトを生成させる。即ち、本発
明による合金は、ある温度以下で任意の方法によ
り変形を与えた後、加熱時にマルテンサイトが母
相へ戻る逆変態の終了温度Af点以上の温度に加
熱することによつて、形状が変形前に復元する形
状記憶性を示す。 実施例 表に示すように、Fe−Ni−Co−Ti合金を基本
合金とし、これにAlと共に、Mo、Nb及び／又
はＢを添加した合金を真空溶解法にて製造し、鍛
造、圧延して厚さ５mm、幅70mm及び長さ1000mmの
板を製造し、供試材とした。 この供試材を1150℃で１時間加熱して溶体化処
理した後、空冷し、この後、700℃で４時間オー
スエイジして、η−Ni3Tiの析出状況を観察し
た。また、上記オースエイジ処理後、厚さ１mm、
幅５mm及び長さ50mmの平板に切出し、液体窒素中
で−196℃の温度にて曲げ角度100゜のＶ字型に曲
げ変形を行ない、この後、室温中に取出して平板
に戻る度合によつて形状回復率を調べ、また、形
状回復力を調べた。更に、別に上記オースエイジ
処理後、引張試験片を作製し、常温にて引張試験
を行なつて伸びを測定した。結果を第１表に示
す。
【表】
従来合金はFe−Ni−Co−Ti系基本合金であ
り、第１図に示すように、オーステナイト粒界に
多くのη−Ni3Tiが析出しており、伸びも極めて
低い。これに対して、本発明による合金において
は、粒界にはη−Ni3Tiの析出が認められず、従
つて、本発明による合金は伸びも20％以上であ
り、形状記憶性も殆どが100％を示す。 このように、本発明の合金によれば、η−
Ni3Tiの粒界析出が防止されるために、延性が著
しく改善されると共に、伸びも大きく、形状記憶
合金として実用性が高い。
り、第１図に示すように、オーステナイト粒界に
多くのη−Ni3Tiが析出しており、伸びも極めて
低い。これに対して、本発明による合金において
は、粒界にはη−Ni3Tiの析出が認められず、従
つて、本発明による合金は伸びも20％以上であ
り、形状記憶性も殆どが100％を示す。 このように、本発明の合金によれば、η−
Ni3Tiの粒界析出が防止されるために、延性が著
しく改善されると共に、伸びも大きく、形状記憶
合金として実用性が高い。
第１図は従来合金の金属組織を示す顕微鏡写真
である。
である。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 重量％で Ni 31〜35％、 Co ８〜15％、 Ti 2.5％より少ない量、及び Al 0.5〜10.0％、 残部鉄及び不可避的不純物よりなることを特徴
とする鉄系形状記憶合金。 ２ 重量％で (a) Ni 31〜35％、 Co ８〜15％、 Ti 2.5％より少ない量、及び Al 0.5〜10.0％に加えて、 (b) Mo 0.5〜3.0％、 Nb 0.5〜3.0％、及び Ｂ 0.001〜0.010％ よりなる群から選ばれる少なくとも１種の元素、 残部鉄及び不可避的不純物よりなることを特徴
とする形状記憶合金。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22991684A JPS61106746A (ja) | 1984-10-30 | 1984-10-30 | 鉄系形状記憶合金 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22991684A JPS61106746A (ja) | 1984-10-30 | 1984-10-30 | 鉄系形状記憶合金 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27909392A Division JPH0723522B2 (ja) | 1992-10-19 | 1992-10-19 | 鉄系形状記憶合金 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61106746A JPS61106746A (ja) | 1986-05-24 |
| JPH0524983B2 true JPH0524983B2 (ja) | 1993-04-09 |
Family
ID=16899746
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22991684A Granted JPS61106746A (ja) | 1984-10-30 | 1984-10-30 | 鉄系形状記憶合金 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61106746A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5065904B2 (ja) * | 2005-11-09 | 2012-11-07 | 独立行政法人科学技術振興機構 | 形状記憶性及び超弾性を有する鉄系合金及びその製造方法 |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3822573B2 (ja) * | 2003-03-18 | 2006-09-20 | 本田技研工業株式会社 | 形状記憶合金及びその製造方法 |
| CN106282812B (zh) * | 2015-06-02 | 2018-02-06 | 上海交通大学 | 一种形状记忆合金材料及其在管接头上的应用 |
| CN113621891B (zh) * | 2021-07-19 | 2022-06-17 | 哈尔滨工程大学 | 一种多晶FeNiCoAlNbV超弹性合金及其制备方法 |
-
1984
- 1984-10-30 JP JP22991684A patent/JPS61106746A/ja active Granted
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5065904B2 (ja) * | 2005-11-09 | 2012-11-07 | 独立行政法人科学技術振興機構 | 形状記憶性及び超弾性を有する鉄系合金及びその製造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61106746A (ja) | 1986-05-24 |
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