JPS5928548A - 超弾性、非可逆形状記憶性Ｎｉ−Ｔｉ基合金材とその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は超弾性と形状記憶性の優れたＮ　１−Ｔｉ基合
金材とその製造方法に関するものである。

ＮｉとＴｉを原子比で１＝１又はその近傍でＮｉとＴｉ
を含むＮ　ｉ　−Ｔ　ｉ合金及びこれらｃＶ、Ｃｒ、　
Ｍｎ。

Ｆｅ、　Ｃｏ、ＣＩ、　Ｚｒ、　Ｎｂ、　ＭＯ，’ｌ’
ａ、又は貞金族を添加しというユニークな現象を示すこ
とが知られている。

この超弾性を高性能バネ材とし、形状記憶性を温度セン
サー、アクチュエーター、又はこれ等を兼ねる素子とし
て実用化が進められているが、そのためＣ二は充分な性
能、例えば残留歪が少なく、寿命が長い材料が要求され
ている。

Ｎ　ｉ　−’］’　ｉ基合金材の超弾性や形状記憶性の
向上には、転位すべりをモきるだけ起さず６二応力誘起
マルテンサイト変態を進行させることが有効であること
が金属学的Ｃ二予測できる。これを達成するた化させ、
これに再結晶を起さない温度及びＰｒ間、例えば４００
℃の温度で３０分間の形状記憶処理を施す方法が提案さ
れている。このような方法で得られたＮｉ−Ｔｉ基合金
材は、冷間加工によって形成された集合組織が形状配憶
処理によって消失しないため、転位すべりの発生が困難
であり、かつ外部応力（二よる応力誘起変態はそれほど
影響を受けず１″−進行する。その結果、変態温度以上
では良好な超弾性を、変態温度をまたいで良好な形状望
憶性を得ることができる。

しかしながらこのような方法は冷間加工を充分（二施す
ことが前提条件であるため、細線や薄板のように加工が
内部にまで容易に施される場合には有効であるが、太線
や厚板或いはバルク形状のように加工が内部品二まで均
−監＝施されないものや。

Ｎｉ含有傷が５１．Ｏａ　１％を越えて硬くなり、組成
的に冷間加工が困難なものでは充分な冷間加工が不可能
なため実施できない欠点がある。

本発明はこれに鑑み種々研究の結果、合金の母相中に微
細なＮｉ３Ｔｉ相を分散析出させることＣ二より、冷間
加工を必要とせず、良好な超り甲Ｉ／＋−と形状のであ
る。

即ち、本発明Ｎｉ−Ｔｉ系合金材は、Ｎ　１５０．０〜
５２．０ａｔ％、残部Ｔｉからなる合金、又はその合金
のＮｉ又はＴｉ含有量の１．０ａｔ％以下をＶ　、　Ｃ
ｒ、　Ｍｎ、　Ｆｅ、　Ｃｏ。

Ｃｕ、　Ｚｒ、Ｎｂ、　Ｍｏ、Ｔａ及び古金族から選ば
れる元素の１種又は２種以上で＠換した合金の母相中に
微細なＮｉ、Ｔｉ相を分散析出させたことを特徴とする
ものである。

また本発明Ｎｉ−Ｔｉ基合金材の製造方法は、Ｎｉ５０
．０〜５２．Ｏａ　１％、残部Ｔｉからなる合金、又は
その合金のＮｉ又はＴｉ含有量の１．０ａｔＳＢ下を■
、Ｃｒ、Ｍｎ。

Ｆｅ、　Ｃｏ、　Ｃｕ、Ｚｒ、　Ｎｂ、　Ｍｏ、Ｔａ及
び責金族から選ばれる元素の１種又は２種以上で置換し
た合金を７００〜１１００℃の温度で溶体化処理した後
、３００〜６００℃の温度で時効処理することを特徴と
するものである。

しかして本発明Ｎ　ｉ　−Ｔ　ｉ基台金利において１合
金の組成範囲を上記の如く限定したのは次の理由による
ものである。

られず、５２．０８１％を越えると、加工１イ［が著し
く低下し、熱間ｍ造≦二おいても割れを生ずるため、実
用価値が、ないとの判断Ｃ二よるものである。また合金
）Ｎｉ又ハＴｉ含有３１（７）１．Ｏａｔ％以下を■、
Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ％Ｃｏ−Ｃｕ％Ｚｒ、　Ｎｂ、　Ｍｏ
、Ｔａ及び貫金族の何れか１種又は２種以上で置換する
のは、■、Ｃｒ、　Ｍｎ、Ｆｅ、Ｇ。

及びＣｕによる置換は、合金の超弾性及び形状記憶性を
あまり変化させることなく、変態温度を下げ、変態温度
を低温側ζニコントロールすることができる効果を有し
、Ｚｒ、Ｎｂ％ＭＯ％Ｔａ及び責金族６二よる置換は合
金の超弾性及び形状記憶性をあまり貧化させることなく
耐食性を向上する効果を有するも。

これ等元素の置換量の合計が、Ｎｉ又はＴｉ含有量のｌ
ａｔ％を越えると、加工性を損なうばかりか、超弾性及
び形状記憶性をも劣化するためである。

また本発明Ｎｉ−Ｔｉ基合金材の製造方法６二おいて、
上記Ｎｉ−Ｔｉ基合金を７００〜１１００℃の温度で溶
体化処理した後、３００〜６００°Ｃの高度で時効処理
するのは、合金の母相中−二微細なＮｉ３’［ｉ＋目な
う）［（９４ｆ　！、＋４１させて、超弾性及び形状１
Ｌｌ憶性を劣化させることなく。

転位すべりの発生を困ＩＡＬ　Ｌで、残留止を′υなく
するためである。しかして溶体化処理温度を７（）０〜
１１００℃と限定したのは処理温度が７００°Ｃ未満で
は溶体化が充分５二行なわれず、　１１００℃を越える
と一部に溶融が生じたり、メは変形を起すようになるた
めである。

溶体化処理は不活性ガス、例えばアルゴン雰囲気中で７
００〜１１００℃の温度Ｃ二加熱する。この温度範囲内
であれば同様の結果が得られ、加熱時開も０．５〜ｌＯ
時間の範囲内であれば同様の結果がｆｑｔられる。

焼入れも空気焼入れ程度で）！ｌ＋定の特性をイー）る
ことかできるが、肖現ｔｌ：を確保す仝点から水焼入れ
することが望ましい。

また溶体化処理後の時効処理温度を３００〜６００℃と
限定したのは、３００℃未満の温度では時効析出が不充
分で、良好な特性が得られず一６００℃を越える２Ａ′
：ｌＩ’ｌ’（ではＮｉ３’ｌ”ｉ単相の領域に入るた
め一良好な特性が得られないためである。尚、処理時１
岸は処理材の大きさく二もよるが４００”Ｃの温度で１
〜１０時間の範囲内であれば同様の結果が得られ、実用
的Ｃ二は３５０〜４５０℃の温度で１〜２時間で良好な
結果が得られる。

以−ド、本発明を実施例Ｃ二ついて詳細６二説明する。

第１表に示す組成の合金を１０００℃の温度Ｃ加熱して
水焼入れした後、５００℃の温度で１時間時効処理し、
これについてマルテンサイト逆変態点（Ａｆ点）、超弾
性及び形状記憶性を測定した。その結果を第１表に併記
した。尚、参考のため溶体化処理後の超弾性及び形状記
憶性を測定し、その結果を第１表ｉ二併紀した。

各合金は常法により黒鉛ルツボを用いて真空高周波溶解
炉Ｃ二より溶解し、水冷鋳型に鋳造した鋳塊に熱間鍛造
と熱間圧延を加えた後中間焼鈍と冷間伸線加工を繰返し
て直径１．０鮪の線に仕上げた。

ただし、本発明合金Ａ６５区二６いては、伸線加工が困
難であったため、圧延加工により厚さｌ＋ｍの板己仕上
げ、これより砥石ｔＪＪ　断（二よってｉ〕３　ａｍ−
長さ１５０ｍに切断して板状試料とした。これ等線材及
び板材について表面のスケールを除去した後、アルゴン
雰囲気中、　１０００℃の温度で１時間溶体化処理し、
氷水中（二焼入れ、これを石英管内に装入して５００℃
の温度で１時間時効処理した。

形状記憶性は線材又は板材を１１径ＩＱｍｓの鉄製枠に
欧態温度より２０℃以上低いｌ晶度で巻き付け、そのま
まの状態で棒から外し、温水中で加熱して変聾温ＩＷ以
上（二なった時の直線形状への回復度を角度（二より測
定し、該角度が１７５°以上のものを◎印で、１３５°
以上、１７５未満のものを○印、１３５゜未満のものを
Δ印で示した。尚、変態温度が室温以Ｆのもの（二つい
てはドライアイスとアルコールの混合液中で巻付けを行
なった。

また超弾性は線材又は板材を直径１０龍の鉄製棒Ｃ二変
態温度より商い温度で巻き付けた後、巻き付は力を除去
し、その際のスプリングバックで回復した後の角度を測
定し、形状記憶性と同様にして示した。

第１表から明らかなように本発明合金材は溶体化処理後
６二時効処理すること（二より、特ζ二超弾性が大巾（
二向上することが判る。また形状記憶性（二ついても繰
返し特性（二注目すると、大巾（二ｊじ状紀憶性が向上
している。例えば溶体化処理のままの材料では数百回の
繰返し変形で永久歪が残留するが、時効処理した本発明
合金材では実ζ二十万回の繰返しが可能であった。

これ（二対し比較合金４Ｊ／ｌ６１２．Δ６１３から判
るよう（二Ｎｉ含有蔭が５０．Ｏａ　１％未満では溶体
化処理と皆効処理亀二よって特性の改善が全く見られず
、またＮｉ含有量が５２．０　ａ　１％を越える合金材
口ついて実施例を示さなかったが、加工性が著しく悪く
なり、熱間鍛造（二よっても割れが発生するため実用価
値がないものと判断した。またＮｉ又はＴｉ含有量のｌ
ａｔ％を越えてｐｄで置換した比較合金材４１４及びｌ
’ｅで置換した比較合金材Ａ１５では溶体化処理後、時
効処理を施しても、特性、特監二超弾性の向上が聴めら
れなかった。

尚、第１表（二はＮｉ又はＴｌ含有量の置換元素として
ＰｄとＦ２Ｏ例を示したが、Ｚｒ、Ｎｂ、ＭＯｌＴａ及
び責金族の置換はＰｄと同様の効果を示し、■、Ｃｒ、
Ｍｎ、００、及びＣｕの置換はＦｅと同様の効果を示し
た。特≦二ｐｄを始めＺｒ　＋　Ｎｂ、　Ｍｏ−’ｌ’
ａ及び口金族Ｃ＝よる置換は超弾性及び形状記憶性を損
なうことなく耐食性を向上し−Ｆ　ｅを始めＶ−Ｃｒ、
　Ｍｎ、　Ｃｏ及びＣｕ　ｌ二よる置換は合金材の特性
を損なうことなく変態温度を下げる効果があり、変態温
度を低温側（ニコントロールするのに有効である。

このように本発明によればＮｉ−’ｌ’ｉ基合金を溶体
化処理後Ｃ二時効処理することにより、冷間加工を必要
とせず（二、高性能の超弾性、Ｊ１９状記憶性が得られ
るもので、工業上顕著な効果を奏するものである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ｆｉｌ　Ｎ　ｉ　５０．０〜５２．Ｏａ　１％、残部Ｔ
   ｉ力らなる合金、又ハその合金のＮｉ又はＴｉ含有量の
   ｌ、Ｑ　ａ　１％以下を■、Ｃｒ、　Ｍｎ、　Ｆｅ、　
   Ｃｏ、Ｃｕ％７ｒｒ、　Ｎｂ、　Ｍｏ、　Ｔａ、及び青
   金族か１ら選ばれる元素の１種又は２種以上で置換した
   合金の母、ｔｆｌｊ　中（二微細なＮｉ５Ｔｉ相を分散
   析出させたことを特徴とする超弾性、形状記憶性Ｎ　ｉ
   　−Ｔ　ｉ基合金材。 ｆ２１　Ｎ　ｉ　５０．０〜５２．０　ａ　１％、残部
   Ｔｉ力らなる合金、又ハその合金のＮｉ又はＴｉ含有ｌ
   の１．Ｑａｔ％以下を■、Ｃｒ、　Ｍｎ、　Ｆｅ、　Ｃ
   ｏ、Ｃｕ、　Ｚ　ｒｆｉ　ｂ、　Ｍｏ、Ｔａ、及び青金
   族から選ばれる元素の１種又は２種以上で置換した合金
   を７００〜１１００℃の温度で溶体化処理した後、３０
   ０〜６００℃の温度で時効処理することを特徴とする超
   弾性、形状記憶性Ｎ　ｉ　−Ｔ　ｉ基合金材の製造方法
   。 （３１溶体化処理後の冷却な水規入する特許請求の金材
   の製造方法。