JPS6144150B2 - - Google Patents

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JPS6144150B2
JPS6144150B2 JP58248717A JP24871783A JPS6144150B2 JP S6144150 B2 JPS6144150 B2 JP S6144150B2 JP 58248717 A JP58248717 A JP 58248717A JP 24871783 A JP24871783 A JP 24871783A JP S6144150 B2 JPS6144150 B2 JP S6144150B2
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JP
Japan
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temperature
treatment
phase
shape memory
transformation
Prior art date
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Application number
JP58248717A
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English (en)
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JPS60141852A (ja
Inventor
Hiroki Nakanishi
Tsutomu Inui
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Proterial Ltd
Original Assignee
Hitachi Metals Ltd
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Publication date
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Publication of JPS60141852A publication Critical patent/JPS60141852A/ja
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明はTiNi相およびTiNi3相の二相を有する
Ni過剰組成のTi−Ni系形状記憶合金において500
〜1100℃の温度範囲において溶体化処理した後急
冷処理を施し、次に200〜700℃の温度範囲におい
て時効処理を行なつた後200〜900℃において少な
くとも5%以上の加工度の温間加工を施すかさら
にこの温間加工の後30%未満の加工度の冷間加工
を施した後700℃以下の温度において記憶処理を
行なうことにより、高温相→低温相の変態ヒステ
リシスが小さく且つコイルバネにおいて二方向性
を有する形状記憶合金を得ることを特徴とする形
状記憶合金の製造方法に関するものである。
Ti−Ni系形状記憶合金は顕著な形状記憶効果
を示すことおよび優れた機械的性質、耐食性等を
有することから最も広範囲な実用化の検討がなさ
れているものである。
形状記憶効果は、低温でマルテンサイト状態に
ある材料を変形した後加熱すると元の形状に戻る
ものであり、こうした効果をを生ずる温度は通常
合金の逆変態開始温度(As点)、逆変態終了温度
(Af点)、マルテンサイト変態開始温度(Ms点)
およびマルテンサイト変態終了温度(Mf点)に
よつて決定され、As点において形状記憶効果が
開始されAf点で終了するものである。
この形状記憶効果を生ずる際の回復力は50〜60
Kg/mm2に及ぶものであり、この回復力を種々の応
用品へ利用する検討がなされている。
その応用の代表例に第1図に示すような形状記
憶効果を繰り返し生じさせることを利用したアク
チユエーターがある。このアクチユエーターはバ
イアス力としての通常のコイルバネ(バイアスバ
ネ)と形状記憶合金コイルバネとが組も合わされ
たものであり、低温においては形状記憶合金がバ
イアスバネよりも降伏応力の小さなマルテンサイ
ト相の状態であるためにバイアスバネの方が強
く、形状記憶合金を変形するように動作し、逆に
高温においては形状記憶合金がバイアスバネより
も降伏応力の大きなβ相の状態となり、形状記憶
合金がバイアスバネを変形するように動作する。
この場合高温相→低温相の変態ヒステリシスが小
さい程また二方向性を有している程小さな温度範
囲においてアクチユエーターとしての動作が容易
に得られる。しかし、従来のTi−Ni系合金にお
いては一方向性の形状記憶効果しか得られず、ま
た高温相→低温相の変態ヒステリシスが約30℃程
度と大きく、このため低温相、高温相を可逆的に
得てアクチユエーターを動作させる温度範囲が大
きくならざるを得ず、動作温度範囲が限定される
欠点があつた。
一方、最近こうしたTi−Ni系形状記憶合金に
おいて、原子パーセントでNi50.3〜53.0%、残部
TiよりなるNi過剰組成の合金を600℃以上の熱処
理を施してTiNi単相化処理を行ない、その後機
械的に拘束した状態で600℃以下の温度において
時効処理を施してTiNi相とTiNi3相の復相化をは
かることにより可逆形状記憶効果を付与する方法
が発表された。(特開昭58−151445号)しかし、
この方法による可逆形状記憶効果は、短冊状の試
料を第2図に示すように拘束した場合にのみ得ら
れるものであり、この方法を第1図に示すような
コイルバネに適用した場合には可逆形状記憶効果
は認められない。
こうしたことから本発明者らは、変態ヒステリ
シスが小さく且つコイルバネにおいて二方向性を
有し、第1図に示すようなアクチユエーターの動
作を容易にする合金を得るためにTiNi相および
TiNi3相の二相を有するNi過剰組成のTi−Ni系形
状記憶合金において500〜1100℃の温度範囲にお
いて溶体化処理した後急冷処理を施し、次に20〜
700℃の温度範囲において時効処理を行なつた
後、200〜900℃において少なくとも5%以上の加
工度の温間加工わ施すかあるいはこの温間加工の
後30%未満の加工度の冷間加工を施した後、700
℃以下の温度において記憶処理を行なつたところ
有益な効果をもたらす事を発見したものである。
本発明における温間加工は、溶体化処理後の時
効処理によつてマトリツクス中に析出したTiNi3
粒子の方位を加工方向に揃えることを目的とした
ものであり、時効処理のみによつて得られる
TiNi3粒子の方位と異なつた方位が得られる。こ
れに伴つて冷却時のマルテンサイト変態の方位が
拘束されるようになり、拘束時効処理では得られ
ないコイルバネにおける良好な二方向性が得られ
るようになる。
また、温間加工後の冷間加工については合金内
に冷却時のマルテンサイト変態を制御し得る塑性
歪を付加することになり、これによつて一層良好
な二方向性が得られるようになる。
また、溶体化処理後の時効処理により過飽和
NiがTiNi3粒子となつてマトリツクス中に析出
し、これに伴つて中間相変態が導入され変態が2
段階的に起こるようになり、高温相→低温相(中
間相)の変態ヒステリシスが非常に小さくなる。
次に本発明における処理条件の限定理由につい
て述べる。
溶体化処理温度については500℃未満において
はTiNiマトリツクス中へのTiNi3の十分な固溶度
が得られないものと考えられ、その効果が十分認
められない。また1100℃をこえると酸化による
Ti元素の滅失が問題となる。以上の観点から、
500〜1100℃の温度範囲に限定した。
時効処理温度については、200℃未満において
は十分なTiNi3相の析出が起こらず、また700℃と
こえると中間相変態が導入できなくなり、高温相
→低温相(中間相)変態の際に小ヒステリシスが
得られなくなる。以上の観点から200〜700℃の温
度範囲に限定した。
次に温間加工については、200℃未満において
は変形抵抗が大であり、TiNi3粒子の方位を加工
方向に揃えるに十分な加工が困難である。また、
900℃以上においては時効処理によつて得られた
中間相変態が消失し、小ヒステリシスが得られな
くなる。
以上の観点から200〜900℃の温度範囲に限定し
た。なお、この場合5%未満の加工度においては
十分な変形を与えることができないため十分な効
果が認められなくなる。
また温間加工後の冷間加工については30%以上
の加工度においては合金の加工硬化が顕著とな
り、次の記憶処理時の成形が困難となることおよ
び過剰の塑性歪により加熱、冷却時の変態が起こ
り難くなり形状記憶特性が劣化することから好ま
しくない。以上の観点から30%未満の加工度に限
定した。
次に記憶処理について述べる。この処理は、第
2図に示す弓状の形状あるいは第3図に示すコイ
ルバネ状の形状等の所定の形状を材料に記憶させ
る処理であり、通常材料を所定の状態に機械的に
拘束し、この状態で加熱処理をすることを意味し
ている。
この記憶処理は、700℃以上の温度において
は、形状記憶特性が劣化し、また中間相変態が消
失し高温相→低温相(中間相)の変態の際の小ヒ
ステリシスが得られなくなる。以上の観点から
700℃以下の温度範囲に限定した。
以下本発明を実施例に基づき説明する。
〔実施例 1〕 TiNi相およびTiNi3相の二相を有するNi過剰組
成のTi−50.7Ni合金をアルゴン中にて高周波誘導
溶解した後、1000℃にて2時間真空焼鈍を行なつ
て均一化処理を施し、その後900℃にて鍛造を行
なつてφ12の棒とした。この棒を更に熱間スエー
ジングによりφ4まで加工した後、850℃にて2
時間溶体化処理を行ない水冷した。次に400℃に
て10時間時効処理を施した後400℃にて温間伸線
を行ないφ0.8の線とした。この線を第3図aに
示すようなコイルバネに成形し、更に400℃にて
5時間記憶処理を行なつた後、二方向性の有無お
よび示差走査熱量計(DSC)を用いた変態点の
測定を行ない、高温相→低温相(中間相)の変態
ヒステリシスを確認した。なお、二方向性の有無
は第3図に示すようなコイルバネが加熱時に記憶
形状の密着状態になり、冷却時に自発的に伸びた
状態になろうとするかどうかにより判定した。
第4図に実施例1における記憶処理後のDSC
による変態点の測定結果を示す。従来の合金にお
いては低温相→高温相の変態に起因するDSCピ
ークが加熱時および冷却時に1つづつ認められる
のに対し、本発明による合金は中間相変態が導入
され加熱、冷却時に各々2つづつのピークを有す
る。これに伴つて冷却時のピークは、加熱時の変
態終了温度とほとんど同じ温度で開始するように
なり、高温相→低温相(中間相)の変態ヒステリ
シスがほとんど0℃となる。またこの状態におい
てコイルバネは顕著な二方向性を有するようにな
り、第5図に変位−温度曲線を示すように冷却時
に大きな自発的変位が得られる。なお、比較のた
めに拘束時効処理のみの場合のコイルバネの変位
−温度曲線を第5図に示した。
〔実施例 2〕 Ti−51.0at%Ni合金をアルゴン中にて高周波誘
導溶解し、実施例1の場合と同様な方法によりφ
0.8の線とした後10%の冷間伸線を施し、次にコ
イルバネに成形し更に400℃にて5時間記憶処理
を行なつた。この場合の記憶処理後のDSCによ
る変態点測定結果は冷間加工を施すことにより第
6図に示すように多少変態温度範囲が拡大される
が、冷却時の高温相→低温相(中間相)の変態ヒ
ステリシスは小さくなる傾向がある。第7図に変
位−温度曲線を示すが、温間加工のみの場合に比
べ冷間加工を施した場合の方が変位量が大きく、
またヒステリシスも小さくなつており二方向性が
より顕著となることが明らかである。なお、40%
の加工度の冷間加工を施した場合の変態点測定結
果を第8図に示すが、図から明らかなように
DSCピークが不明瞭となり、良好な形状記憶特
性が得られなくなる。
〔実施例 3〕 Ti−51.2at%Ni合金をアルゴン中にて高周波誘
導溶解し、実施例1の場合と同様な方法によりφ
4まで加工した後950℃にて2時間溶体化処理を
行ない、次に500℃にて1時間時効処理を施し
た。その後500℃にて温間伸線を行ないφ0.8の線
とした。この線をコイルバネに成形し更に500℃
にて2時間記憶処理を行なつた。この時の高温相
→低温相(中間相)の変態ヒステリシスは1℃で
あり、また顕著な二方向性を有していることが確
認された。
〔実施例 4〕 Ti50.7at%Ni合金をアルゴン中にて高周波誘導
溶解し、実施例1の場合と同様な方法によりφ4
まで加工した後600℃にて2時間溶体化処理を行
ない、次に400℃にて5時間時効処理を施した。
その後500℃にて温間伸線を行ないφ0.8の線とし
た。この線をコイルバネに成形し更に300℃にて
15時間記憶処理を行なつた。この時の高温相→低
温相(中間相)の変態ヒステリシスは3℃であ
り、また顕著な二方向性を有していることが確認
された。
以上実施例で述べたように本発明による合金は
従来の合金に比べ高温相→低温相(中間相)の変
態ヒステリシスが極めて小さく、また拘束時効処
理のみの場合には得られないコイルバネにおける
顕著な二方向性を有しており、アクチユエーター
等に使用される場合の動作温度範囲の制限を著し
く緩和すると同時に熱応答性を高めるものであり
極めて有益である。
【図面の簡単な説明】
第1図は形状記憶合金を用いたアクチユエータ
ーを示す。第2図は短冊状試料の拘束状態および
可逆形状記憶効果による試料の動作を表わし、
a,bおよびcは加熱、冷却時の試料の形状変化
を示す。第3図はコイルバネの形状を示す。図中
aは記憶形状を、bは冷却により伸びた状態を示
す。第4図は実施例1の合金の記憶処理後におけ
るDSCによる変態点測定結果を示したものであ
る。第5図は実施例1の合金のコイルバネおよび
拘束時効処理によるコイルバネの変位−温度曲線
を示したものである。第6図は実施例2の合金の
記憶処理後におおけるDSCによる変態点測定結
果を示したものである。第7図は実施例2の合金
のコイルバネおよび実施例1の合金のコイルバネ
の変位−温度曲線を示したものである。第8図は
冷間加工度が40%の場合の記憶処理後のDSCに
よる変態点測定結果を示したものである。 1……コイルバネ、2……形状記憶合金コイル
バネ、3……試料拘束用パイプ、4……短冊状の
形状記憶合金、5……試料拘束用ワイヤ。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 TiNi相およびTiNi3相の二相を有するNi過剰
    組成のTi−Ni系形状記憶合金において、500〜
    1100℃の温度範囲において溶体化処理した後、急
    冷処理を施し、次に200〜700℃の温度範囲におい
    て時効処理を行なつた後、200〜900℃において少
    なくとも5%以上の加工度の温間加工を施した
    後、700℃以下の温度において記憶処理を行なう
    ことを特徴とする形状記憶合金の製造方法。 2 TiNi相およびTiNi3相の二相を有するNi過剰
    組成のTi−Ni系形状記憶合金において、500〜
    1100℃の温度範囲において溶体化処理した後、急
    冷処理を施し、次に200〜700℃の温度範囲におい
    て時効処理を行なつた後、200〜900℃において少
    なくとも5%以上の加工度の温間加工を施し、さ
    らに30%未満の加工度の冷間加工を施した後、
    700℃以下の温度において記憶処理を行なうこと
    を特徴とする形状記憶合金の製造方法。
JP24871783A 1983-12-28 1983-12-28 形状記憶合金の製造方法 Granted JPS60141852A (ja)

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6285857U (ja) * 1985-11-19 1987-06-01
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