JPH0665741B2 - 超弾性ＮｉＴｉ合金の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は製造が容易で、良好な超弾性を示すNiTi合金の
製造方法に関するものである。

NiとTiを原子比で略１対１に含むNiTi合金は、形状記憶
効果や超弾性という特異な現象を示し、特に超弾性は従
来の弾性材料に比較し一桁以上も大きい歪みが元に戻る
ことができるため、ばね材としての反応が期待されてい
る。

このような超弾性を室温付近で見るためには、次のよう
な方法が知らている。

その一つはマルテンサイト逆変態点、所謂Af点が室温よ
り略30℃位低い温度にあるNiTi合金を造る方法である。
この方法は通常合金組成がNi51at％，残部Ti付近のNiTi
合金を略1000℃付近の温度に加熱急冷処理して所定温度
のAf点を有するNiTi合金とするものである。この方法は
加熱急冷処理の際にNiTi合金を所望の形状に保持してお
けば如何なる形状の合金でも得ることができる利点を有
している。しかしながらNiTi合金のAf点は合金組成によ
って大巾に変化し、Ni含有量が0.1at％ずれるとAf点の
温度が10℃もずれるといわれている。このため所定温度
のAf点を有する合金を製造することが極めて困難であ
り、たとえ得られたとしても、その歩留りは極めて低い
ものとなる。また略1000℃の温度から急冷することは、
NiTi合金が400℃以上の温度で酸化し易いため、真空又
は不活性ガス中で加熱急冷処理しなければならず、工業
的量産には適さないものである。

他の一つのは、Ni50〜51at％，残部Ti付近のNiTi合金を
冷間で10％以上の減面加工を加えて超弾性を得る方法で
ある。この方法は合金組成にあまり左右されず、面倒な
加熱急冷処理を必要としない点で有利であるが、得られ
た超弾性は前者の方法で得られる超弾性に比較して若干
劣る欠点があり、更に冷間加工を加える工程が最後に来
るため、所望形状の超弾性NiTi合金を得ることが難しい
欠点がある。

本発明はこれに鑑み種々検討の結果、製造が容易で、良
好な超弾性を示すNiTi合金の製造方法を開発したもで、
Ni50〜51at％，残部Tiからなる合金を焼鈍処理し、これ
を冷間で15〜60％の減面加工を加えた後、所定の形状に
固定して175〜600℃の温度で加熱処理することを特徴と
するものである。

即ち本発明はNi50〜51at％，残部Niからなる合金を常法
に従って溶解鋳造及び加工を施し、その最終工程におい
て、焼鈍することにより、加工歪みを除去し、これに冷
間で15〜60％の減面加工を加え、しかる後所定の形状に
成形固定して170〜600℃の温度で加熱処理するものであ
る。焼鈍処理としては最終工程以前の加工その他の歪み
を除去するもので、温度及び保持時間はNiTi合金の大き
さにより適宜選択すればよく、例えば直径1.0mmの線材
では700℃の温度で５分間焼鈍すれば十分である。次に
冷間で15〜60％の減面加工を加えて所定サイズに仕上
げ、これを所望形状に変形して固定した後170〜600℃の
温度で加熱処理する。

焼鈍処理後の冷間加工における減面率を15〜60％と限定
したのは、15％未満の減面加工では良好な超弾性が得ら
れず、60％を越える減面加工では冷間加工が困難とな
り、しばしば破断等のトラブルを発生し、能率的な加工
ができないためである。また加熱処理温度を170〜600℃
と限定したのは、170℃未満の温度ではスプリングバッ
クが非常に大きく殆んど成形することが出来ず、170〜4
00℃の温度範囲内であれば、スプリングバックを考慮す
ることにより成形が可能となるためであり、加熱温度が
600℃を越えると良好な超弾性が得られなくなるためで
ある。尚加熱時間は超弾性NiTi合金の大きさ、形状等に
より異なるため、実験等により定めるとよい。例えば直
径0.7mmの線材では200〜600℃の温度で１〜120分程度保
持すれば十分である。

以下本発明を実施例について説明する。

第１表に示すようにNiとTiを合計3Kgになるように正確
に秤量し、カーボンルツボを用いて高周波真空溶解炉
（周波数3KHz,真空度１×10^-4Torr）により溶解し、鋳
鉄製鋳型（内径50mm）に鋳造した。溶解に当ってはまず
ルツボ壁にTiが触れないようにNiとTiを装入し、溶湯温
度が1450℃を越えないように制御した。

第 １ 表 合金番号 Ni Ti at％（wt％） at％（wt％）
１ 50.5（55.06） 55.06（44.94） ２ 50.5（49.5） 55.56（44.44） ３ 51.0（49.0） 56.05（43.95） 得られた鋳塊を旋盤により外削した後、熱間鍛造により
直径20mmの丸棒とし、再び外削した後、溝ロールを用い
た熱間圧延により直径6mmの線材とした。これを冷間伸
線により直径1mmの線材とし、700℃の温度で５分間焼鈍
処理した。

これ等の線材について冷間伸線加工により所定の線径に
加工した。線径と加工率を第２表に示す。

第 ２ 表 線直径（mm） 加工率（％） 0.95 9.75 0.92 13.36 0.90 19.0 0.85 27.75 0.80 36.0 0.75 43.75 0.70 51.0 0.65 57.75 0.60 64.0 0.55 69.75 尚第２表中線径0.60mm及び0.55mmについては、伸線加工
中しばしば断線を起した。

第２表に示す各線径の線材を第１図（イ）に示すように
断面Ｕ字状冶具（ａ）に線材（ｂ）をＵ字状に曲げて取
付け、そのまま線材（ｂ）の両脚を固定して各温度で１
〜120分間加熱処理した後、冶具から外した。そのとき
の第１図（ロ）に示す開き角θを測定した。その結果第
１表に示す各合金は何れも同様であり、その内線径0.75
mmの線材について各温度に10分間加熱処理したときの開
き角θを加熱温度の函数として示すと第２図に示すよう
になる。尚Ｕ字状の曲率半径Ｒは線直径の４倍とした。

第２図から判るように、加熱処理温度が400℃以上であ
れば冶具の形状通りに成形でき、175℃から400℃の間で
はスプリングバックを考慮することにより成形が可能で
あり、175℃未満では加熱処理によって成形が不可能で
あることが判る。

次にこのようにして成形した超弾性NiTi合金線につい
て、直線状に変形した後、変形力を除いて放置したとき
のＵ字状の開き角、即ち第１図（ロ）に示すθに相当す
る角との差ψを測定した。その結果第１表に示す各合金
は何れも同様であり、その内合金番号No.1について示す
と第３図に示すようになる。

図中（１）は直径0.92mm（加工率15.36％）〜線径0.65m
m（加工率57.75mm）の線材を各温度に10分間加熱した場
合を示し、（２）は同線材を各温度に５分間加熱した場
合を示し、（３）は同線材を各温度に２分間加熱した場
合を示す。また（５）は線径0.95mm（加工率9.75％）の
線材について10分間加熱した場合を示すもので、図から
判るように加熱温度には上限があり、600℃以上の加熱
温度では好ましくない。また加工率については60％を越
えると加工中に破断が発生するため能率的でなく、15％
未満では第３図から判るように良好な超弾性が得られな
い。

このように本発明によれば、良好な超弾性を示し、かつ
容易に所望の形状とすることができるもので、工業上顕
著な効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図（イ），（ロ）は本発明の加熱処理における形状
固定方法の一例を示すもので、（イ）は斜視図、（ロ）
は取外したときのスプリングバックを示す説明図、第２
図は本発明の一実施例における加熱処理温度とスプリン
グバック量の関係を示す説明図、第３図は同加熱処理温
度と超弾性の関係を示す説明図である。 ａ……冶具 ｂ……TiNi合金線

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】Ni50〜51at％，残部TiからなるNiTi合金を
   焼鈍処理し、これを冷間で15〜60％の減面加工を加えた
   後、所定の形状に固定して175〜600℃の温度で加熱処理
   することを特徴とする超弾性NiTi合金の製造方法。