JPH1036952A - Ni−Ti−Zr(Hf)系形状記憶合金の加工方法 - Google Patents

Ni−Ti−Zr(Hf)系形状記憶合金の加工方法

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JPH1036952A
JPH1036952A JP8196169A JP19616996A JPH1036952A JP H1036952 A JPH1036952 A JP H1036952A JP 8196169 A JP8196169 A JP 8196169A JP 19616996 A JP19616996 A JP 19616996A JP H1036952 A JPH1036952 A JP H1036952A
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JP
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alloy
temperature
memory alloy
sheath
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JP8196169A
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Koichi Morii
浩一 森井
Takasumi Shimizu
孝純 清水
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Daido Steel Co Ltd
Original Assignee
Daido Steel Co Ltd
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21CMANUFACTURE OF METAL SHEETS, WIRE, RODS, TUBES, PROFILES OR LIKE SEMI-MANUFACTURED PRODUCTS OTHERWISE THAN BY ROLLING; AUXILIARY OPERATIONS USED IN CONNECTION WITH METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL
    • B21C23/00Extruding metal; Impact extrusion
    • B21C23/001Extruding metal; Impact extrusion to improve the material properties, e.g. lateral extrusion
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21JFORGING; HAMMERING; PRESSING METAL; RIVETING; FORGE FURNACES
    • B21J1/00Preparing metal stock or similar ancillary operations prior, during or post forging, e.g. heating or cooling
    • B21J1/02Preliminary treatment of metal stock without particular shaping, e.g. salvaging segregated zones, forging or pressing in the rough
    • B21J1/025Preliminary treatment of metal stock without particular shaping, e.g. salvaging segregated zones, forging or pressing in the rough affecting grain orientation

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Forging (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 Ni−Ti系形状記憶合金の逆変態開始温度
As点を高くした形状記憶合金であって、難加工性のN
i−Ti−Zr(Hf)系三元系合金の熱間加工を可能
にする。 【解決手段】 As点が100℃を超えるNi−Ti−
Zr(Hf)系合金を、軟鋼製のシースで包んで、加工
開始温度850〜950℃、加工終止温度770℃以
上、1回の圧下率10%以下の条件で熱間加工を施し、
これを必要な回数繰り返す。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、Ni−Ti系形状
記憶合金において逆変態開始温度(As点)を100℃
以上に高めたものを熱間加工する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】形状記憶合金の逆変態すなわちM(マル
テンサイト)相からA(オーステナイト)相への変態
は、合金を加熱してその温度を低温側から高温側へ高め
て行くときに生じ、この逆変態が開始する温度をAs
点、終了する温度をAf点と呼んでいる。 As点およ
びAf点は、正変態(M変態)の開始および終了の温度
であるMs点およびMf点とともに、形状記憶合金の挙
動を特徴づける物性値として重要である。
【0003】よく知られているように、形状記憶合金の
特徴は超弾性と形状記憶効果であるが、これまで行なわ
れて来た形状記憶合金の応用は主として超弾性を利用す
るものであって、形状記憶効果を利用した用途は、あま
り開発されていない。 形状記憶効果の利用とは、合金
をMf点以下の温度で変形しておき、これをAf点以上
の温度に加熱して変形前の形状に戻してやり、そのとき
の変位量や回復力を利用することである。
【0004】Ni−Ti二元系形状記憶合金は、Af点
が高くても60℃程度と、低い温度領域にある。 形状
記憶効果の利用例として火災のときに作動する機器類を
考えたとき、日常起り得るような100℃以下の温度で
は作動せず、異常な、つまりより高い温度ではじめて作
動することが望まれるから、使用する形状記憶合金の逆
変態が、既知の二元系合金のそれより高温で生じる材料
が要求される。
【0005】この要求にこたえてNi−Ti系形状記憶
合金のAs点を高める努力がなされ、これまでに、P
d,ZrまたはHfを適量添加した三元系合金が有用で
あることがわかっている。 しかし、Pdは高価な金属
であるから、形状記憶効果を利用するバネのようにある
程度の大きさをもつ部品の材料として使用することに
は、困難がある。 第3成分がZrまたはHfならばコ
スト的に実現可能であるが、残念なことに、これら第三
成分MをAs点が100℃を超える程度まで、具体的に
は9原子%またはそれ以上添加すると、Ni−Ti−M
系三元合金の加工性が著しく低下してしまい、所望の形
状の合金素材を得ることが困難になる。 いうまでもな
く、形状記憶合金からたとえばコイルバネをつくろうと
すれば、まず合金の線材を用意する必要がある。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上記
したように加工の困難なNi−Ti−Zr(Hf)系三
元形状記憶合金を加工して、板材や線材など所望の形状
をもった素材にする方法を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明のNi−Ti−Z
r(Hf)系形状記憶合金の加工方法は、Ni:45〜
50原子%、ならびにZrおよびHfの1種または2種
(2種の場合は合計量):9〜16原子%を含有し、残
部が実質上Tiからなる合金組成を有する形状記憶合金
の塊を軟鋼のシースで包み、加工開始温度850〜95
0℃、加工終止温度770℃以上の温度条件で、1回の
圧下率10%以下の熱間加工を行ない、これを必要な回
数繰り返すことからなる。
【0008】
【作用】本発明において、加工の対象とする形状記憶合
金の組成を上記のように定めた理由は、つぎのとおりで
ある。
【0009】Ni:45〜50原子% Ni−Ti系合金において形状記憶効果を確保するため
には、Ni量が最低45原子%あることが必要である。
第三成分であるZrまたはHfは、周期律表で同じ族
にあるTiを置き換える形で添加することが、金属組織
の安定性の面から好ましく、その観点からNi量の上限
は50原子%となる。 また、Ni量が50原子%を超
えると、ZrまたはHfの添加によるAs点上昇の効果
が急激に小さくなる。
【0010】ZrまたはHf(2種の場合は合計量
で):9〜16原子% これら元素の添加によりAs点を100℃以上に高める
ためには、少なくとも9原子%の添加が必要である。
一方、16%を超える大量の添加は、合金を極端に脆く
して、本発明の目的とする加工性の改善を妨げる。
【0011】合金の塊を加工時にシースで包むのは、ひ
とつは、合金を構成する成分のうちTiおよびZrは活
性の高い金属であって、熱間加工温度において大気にさ
らすと酸化が進み、それに伴って部分的な酸化割れが生
じるからである。 いまひとつは、シースによる圧縮拘
束力を利用してワレを防ぐことである。 この目的にか
なう適度の強度と高い加工性を有する限り、シース材料
は任意であって、軟鋼とよばれる炭素鋼は、価格が低廉
なうえに加工しやすい点で最適のものであるから、代表
的にシース材料として挙げた。 炭素鋼に限らずステン
レス鋼でも加工が容易なものは、シース材料として当然
に使用可能であって、本願において「軟鋼」の語は、そ
れらを包含する意味に用いている。
【0012】熱間加工の温度条件を前記のように定めた
理由は、加工開始温度が850℃より低いかまたは加工
終止温度が770℃を下回ると、シースを用い圧下率を
10%以下にしても、材料のワレの発生が避けられない
からであり、加工開始温度が950℃を超えるとシース
自体が酸化されて薄くなり、ときに被加工材が露出した
りするおそれが出てくるからである。
【0013】圧下率10%は、本発明による熱間加工の
限界である。
【0014】
【実施例】上述したところを実施例によって説明すれ
ば、まず被加工材として表1に示す合金組成をもつ3種
のNi−Ti−Zr三元形状記憶合金を、真空誘導炉で
溶製した。 合金溶湯を直径20cmの円柱状インゴット
に鋳込み、インゴットを輪切りにして高さ5cmの円板状
のサンプルとした。
【0015】1)各サンプルを900℃,1000℃ま
たは1050℃に加熱し、圧下率5%の据込み鍛造を行
なった。 その結果は表1に記したとおりで、例外なく
ワレが発生し、以後の加工ができなかった。
【0016】 表1 No. 合金組成(原子%) 加工開始温度 Ni Ti Zr 900℃ 1000℃ 1050℃ 1 48.5 40.5 11.0 ワレ発生 ワレ発生 ワレ発生 2 49.0 40.0 11.0 ワレ発生 ワレ発生 ワレ発生 3 49.5 39.5 11.0 ワレ発生 ワレ発生 ワレ発生 加工率がもっと低ければワレを避けることも不可能では
ないが、5%に届かない低加工率では、加工回数が増え
て生産性が低く、工業的な実施に耐えない。
【0017】2)厚さ5mmの軟鋼(S45C)の円筒と
板とから、一方が他方の中にちょうど入る寸法をもった
一組の有底円筒状体の缶を製作し、これをシースとして
使用し、図1AおよびBに示すように、上記の円板状サ
ンプル(1)を内缶(2)と外缶(3)で包んだ。 この
シースされたサンプルNo.1〜3を、温度900℃,1
000℃または1050℃に加熱して、圧下率8%の鍛
造を行なった。 各サンプルとも、加熱温度900℃で
はワレが生じ、1000℃および1050℃では鍛造可
能であった。 ただし、1050℃の場合、シース自体
の酸化が激しく、鍛造を繰り返すに従って除々にシース
が薄くなっていく点と、シースと内容物である被加工材
合金とが融着してしまい、鍛造後のシース除去に支障が
生じる点で、問題がある。
【0018】3)上記の実験により、鍛造のためにはあ
る程度以上の温度に加熱する必要があることを経験し、
また加熱温度よりも実際の加工開始温度および加工終了
温度の方が重要であることが察せられた。 そこで、サ
ンプルNo.1〜3を、上記と同様に軟鋼製の缶のシース
に入れ、表2に掲げた条件で鍛造した。 加工性を、表
2にあわせて示す。
【0019】 表2 加工開始温度 加工終了温度 加工率 加工性 790〜810℃ 630〜690℃ 10% ワレ発生 890〜920℃ 770〜850℃ 10% ワレなし 880〜920℃ 770〜860℃ 15% ワレ発生 4)第二の条件が好結果を与えたので、シース材料をS
US304ステンレス鋼に変えて、鍛造試験を繰り返し
た。 多数回鍛造を繰り返すとシースにワレが生じるこ
と、またそのまま鍛造を続けると、包まれている合金に
もワレが生じることが経験された。 これらの事実か
ら、シース材料としてはなるべく粘り強いものを使用す
べきことがわかる。
【0020】5)前記の軟鋼製の缶のシースを用い、加
工開始温度890〜920℃、加工終止温度770〜8
50℃、圧下率10%の据え込みを4回繰り返し、扁平
な鍛造物を得た。 これを図2に示すように切断し、シ
ースを除去して、幅5cm×長さ15cm×厚さ2.5cmの
角柱状の材料を得た。 それらのサンプルを、一部はそ
のまま、一部は再度軟鋼製のシースで包んだ。 シース
は、厚さ3mmの軟鋼(S45C)板で製作した。 両者
を加熱し、加工開始温度をおおよそ800℃,900
℃,1000℃,1050℃または1100℃にえらん
で、圧下率10%の鍛造を加えた。
【0021】シースのないサンプルは、加工開始温度8
00℃および900℃でワレが生じた。 1000℃以
上ではワレがなかったが、酸化が認められた。 酸化は
1050℃でかなり顕著であって材料の破損を招き、1
100℃では激しく進行し、シースなしで高温で加工す
るのは不可能なことがわかった。
【0022】一方、シースで包んだサンプルは、加工開
始温度800℃ではワレが生じたが、900℃以上では
鍛造可能であった。 ただし、1100℃の場合はシー
スの酸化による損耗が進み、加熱−鍛造を繰り返してい
るうちにシースが破損して中の合金が露出した。
【0023】
【発明の効果】本発明により、これまで加工性が低くて
所望の形状を与えることが絶望視されていたNi−Ti
−Zr(Hf)系三元形状記憶合金の熱間加工が可能に
なり、これから板材または線材が得られるようになっ
た。 それに伴い、在来のNi−Ti系二元形状記憶合
金より高い逆変態温度(As点)をもつ合金たとえばA
s点が100℃を超えるものが、この合金の形状記憶効
果を利用する種々の機器の作動素子として使用できるよ
うになった。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施例で使用した、形状記憶合金の
素材をシースで包んだ被加工材を示す図であって、Aは
縦断面図、Bは平面図。
【図2】 図1の被加工材を鍛造したものから、さらに
サンプルを切り出す状況を示す斜視図。
【符号の説明】
1 形状記憶合金の円板状サンプル 2 内缶 3 外缶

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 Ni:45〜50原子%、ならびにZr
    およびHfの1種または2種(2種の場合は合計量):
    9〜16原子%を含有し、残部が実質上Tiからなる合
    金組成を有する形状記憶合金の塊を軟鋼のシースで包
    み、加工開始温度850〜950℃、加工終止温度77
    0℃以上の温度条件で、1回の圧下率10%以下の熱間
    加工を行ない、これを必要な回数繰り返すことからなる
    Ni−Ti−Zr(Hf)系形状記憶合金の加工方法。
JP8196169A 1996-07-25 1996-07-25 Ni−Ti−Zr(Hf)系形状記憶合金の加工方法 Pending JPH1036952A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019073754A1 (ja) * 2017-10-10 2019-04-18 株式会社古河テクノマテリアル Ti-Ni系合金、これを用いた線材、通電アクチュエータ及び温度センサ並びにTi-Ni系合金材の製造方法

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2019073754A1 (ja) * 2017-10-10 2019-04-18 株式会社古河テクノマテリアル Ti-Ni系合金、これを用いた線材、通電アクチュエータ及び温度センサ並びにTi-Ni系合金材の製造方法
JPWO2019073754A1 (ja) * 2017-10-10 2020-09-17 株式会社古河テクノマテリアル Ti−Ni系合金、これを用いた線材、通電アクチュエータ及び温度センサ並びにTi−Ni系合金材の製造方法
US11313732B2 (en) 2017-10-10 2022-04-26 Furukawa Techno Material Co., Ltd. Ti—Ni-based alloy; wire, electrically conductive actuator, and temperature sensor, each using this alloy; and method of producing a Ti—Ni-based alloy

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