JPS62199758A - 形状記憶合金材の製造方法 - Google Patents
形状記憶合金材の製造方法Info
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- JPS62199758A JPS62199758A JP4041086A JP4041086A JPS62199758A JP S62199758 A JPS62199758 A JP S62199758A JP 4041086 A JP4041086 A JP 4041086A JP 4041086 A JP4041086 A JP 4041086A JP S62199758 A JPS62199758 A JP S62199758A
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〈産業上の利用分野〉
この発明は、感温アクチュエーターやサーモスタット、
或いはヒユーズ代用電気回路遮断部材等に好適な、可逆
形状変化特性を有し、かつヒステリシスが小さいＮｉＴ
ｉ形状記憶合金材の製造方法に関するものである。
或いはヒユーズ代用電気回路遮断部材等に好適な、可逆
形状変化特性を有し、かつヒステリシスが小さいＮｉＴ
ｉ形状記憶合金材の製造方法に関するものである。
〈従来技術並びにその問題点〉
熱弾性型マルテンサイト変態を有する合金の殆どが形状
記憶効果を示すことは良く知られているが、その中でも
、ＮｉＴｉ合金は製造が容易な多結晶材であり、しかも
貴金属を含まないため安価で、かつ回復歪量が大きい等
の理由から最も実用化の進んでいる形状記憶合金である
。
記憶効果を示すことは良く知られているが、その中でも
、ＮｉＴｉ合金は製造が容易な多結晶材であり、しかも
貴金属を含まないため安価で、かつ回復歪量が大きい等
の理由から最も実用化の進んでいる形状記憶合金である
。
もちろん、ＮｉＴｉ形状記憶合金も他の形状記憶効果を
有する合金と同様、マルテンサイト変態開始温度（Ｍ
ｓ点）、マルテンサイト変態終了温度（Ｍｆ点）、逆変
態開始温度（Ａｓ点）、及び逆変態終了温度（Ａｆ点）
を有し、“低温のマルテンサイト状態で変形されても、
Ａｆ点を超えた高温に加熱されると元の形に形状を回復
する”と言う同様特性を備えているが、特にＮｉＴｉ形
状記憶合金においては前記変形形状回復挙動を数十ガロ
も繰り返し行い得るため、パイアスカと組み合わせて種
々の感温アクチュエーターとして用いられている。
有する合金と同様、マルテンサイト変態開始温度（Ｍ
ｓ点）、マルテンサイト変態終了温度（Ｍｆ点）、逆変
態開始温度（Ａｓ点）、及び逆変態終了温度（Ａｆ点）
を有し、“低温のマルテンサイト状態で変形されても、
Ａｆ点を超えた高温に加熱されると元の形に形状を回復
する”と言う同様特性を備えているが、特にＮｉＴｉ形
状記憶合金においては前記変形形状回復挙動を数十ガロ
も繰り返し行い得るため、パイアスカと組み合わせて種
々の感温アクチュエーターとして用いられている。
しかしながら、実用上量も重宝されているＮｉＴｉ形状
記憶合金にも、前記Ｍｓ点とＡｆ点の温度差（即ちＭｆ
点とＡｓ点の温度差でもあり、以下、“ヒステリシス”
と称す）が第２図に示されるように３０〜４０℃と大き
く、しかも低温のマルテンサイト相から高温の母相へ逆
変態するときにのみ作動する所謂“一方向作動性能”し
か有していないとの問題点が指摘されていたのである。
記憶合金にも、前記Ｍｓ点とＡｆ点の温度差（即ちＭｆ
点とＡｓ点の温度差でもあり、以下、“ヒステリシス”
と称す）が第２図に示されるように３０〜４０℃と大き
く、しかも低温のマルテンサイト相から高温の母相へ逆
変態するときにのみ作動する所謂“一方向作動性能”し
か有していないとの問題点が指摘されていたのである。
このようなことから、過去、ＮｉＴｉ形状記憶合金にみ
られる上記欠点を改善し、パイアスカに頼ることな（、
Ｎ１Ｔｔ形状記憶合金自体に第３図に示す如き可逆的作
動機能を備えしめようとした［５００〜６００℃以上の
固溶化熱処理後、拘束歪量で６００℃以下の最終形状記
憶熱処理を施す」とのＮｉＴｉ形状記憶合金の処理方法
も提案されたが、ＮｉＴｉ形状記憶合金の可逆的形状記
憶効果は“合金の組成”、“熱処理温度及びその時間”
並びに“拘束歪量”等の総合的要素に微妙に影響される
ものであって、以前に提案された上記方法をそのまま実
施したとしても所望特性を安定して現出させることは極
めて困難だったのである。
られる上記欠点を改善し、パイアスカに頼ることな（、
Ｎ１Ｔｔ形状記憶合金自体に第３図に示す如き可逆的作
動機能を備えしめようとした［５００〜６００℃以上の
固溶化熱処理後、拘束歪量で６００℃以下の最終形状記
憶熱処理を施す」とのＮｉＴｉ形状記憶合金の処理方法
も提案されたが、ＮｉＴｉ形状記憶合金の可逆的形状記
憶効果は“合金の組成”、“熱処理温度及びその時間”
並びに“拘束歪量”等の総合的要素に微妙に影響される
ものであって、以前に提案された上記方法をそのまま実
施したとしても所望特性を安定して現出させることは極
めて困難だったのである。
〈問題点を解決するための手段〉
本発明者等は、上述のような観点に立ってこれまで積み
重ねてきた実験研究により、可逆的形状記憶効果を備え
、しかもヒステリシスの小さいＮｉＴｉ形状記憶合金材
の安定製造にはいくばくかの可能性があるとの感触を得
、更にその実現を１指して、「可逆的形状記憶効果が現
出たれる場合には、合金冷却途上での母相からマルテン
サイト相へ変態する際に、第４図（ａ）に示される如く
、“中間相変態”を伴うと言う現象が一般的に起きる」
との事実を踏まえつつ、Ｎｉ含有割合を広い範囲で変化
させたＮｉＴｉ合金を作成し、その熱間加工条件、冷間
加工条件、熱処理条件等を系統的に種々変化させて“中
間相”の出現挙動及び“可逆的形状記憶効果” につい
ての基礎的な研究を続けたところ、次に示すような知見
を得るに到った。即ち、（ａ） Ｎ ｉ Ｔ ｉ形状
記憶合金では、やはり、熱間加工材においては熱処理温
度、熱処理時間及び付与歪量が、そして冷間加工材にお
いては冷間加工率、熱処理温度、熱処理時間及び付与歪
量がそれぞれ密接に絡み合って形状記憶合金特性に影響
を与えており、これらが微妙に絡み合った総合条件を無
視しては十分な可逆的形状記憶効果を安定して現出する
ことが不可能であること、 （ｂ）シかしながら、特定割合でＮｉを含有するＮｉＴ
ｉ形状記憶合金熱間加工材における最終の形状記憶熱処
理を、最終の加工形状材に０．２〜５．０％の歪を付与
しつつ実施すれば、前述した“中間相”生成が極めて容
易にかつ安定状態でなされることとなって可逆的形状記
憶効果が円滑に安定して現出される上、小ヒステリシス
出現に“中間相変態”が密接に関連している こともあ
って、第５図に示したような“昇温過程と降温過程での
作動曲線の温度差（ΔＨ）が小さい材料”が期せずして
実現されること。
重ねてきた実験研究により、可逆的形状記憶効果を備え
、しかもヒステリシスの小さいＮｉＴｉ形状記憶合金材
の安定製造にはいくばくかの可能性があるとの感触を得
、更にその実現を１指して、「可逆的形状記憶効果が現
出たれる場合には、合金冷却途上での母相からマルテン
サイト相へ変態する際に、第４図（ａ）に示される如く
、“中間相変態”を伴うと言う現象が一般的に起きる」
との事実を踏まえつつ、Ｎｉ含有割合を広い範囲で変化
させたＮｉＴｉ合金を作成し、その熱間加工条件、冷間
加工条件、熱処理条件等を系統的に種々変化させて“中
間相”の出現挙動及び“可逆的形状記憶効果” につい
ての基礎的な研究を続けたところ、次に示すような知見
を得るに到った。即ち、（ａ） Ｎ ｉ Ｔ ｉ形状
記憶合金では、やはり、熱間加工材においては熱処理温
度、熱処理時間及び付与歪量が、そして冷間加工材にお
いては冷間加工率、熱処理温度、熱処理時間及び付与歪
量がそれぞれ密接に絡み合って形状記憶合金特性に影響
を与えており、これらが微妙に絡み合った総合条件を無
視しては十分な可逆的形状記憶効果を安定して現出する
ことが不可能であること、 （ｂ）シかしながら、特定割合でＮｉを含有するＮｉＴ
ｉ形状記憶合金熱間加工材における最終の形状記憶熱処
理を、最終の加工形状材に０．２〜５．０％の歪を付与
しつつ実施すれば、前述した“中間相”生成が極めて容
易にかつ安定状態でなされることとなって可逆的形状記
憶効果が円滑に安定して現出される上、小ヒステリシス
出現に“中間相変態”が密接に関連している こともあ
って、第５図に示したような“昇温過程と降温過程での
作動曲線の温度差（ΔＨ）が小さい材料”が期せずして
実現されること。
この発明は、上記知見に基づいてなされたものであり、
５０．０〜６０．０％（以下、成分割合を表す％は重量
％とする）のＮｉを含有するとともに、残部が実質的に
Ｔｉから成るＮｉＴｉ形状記憶合金の熱間加工材に、３
００〜６５０°Ｃでの最終形状記憶熱処理を０．２〜５
．０％の歪付与下にて１分以上施すことによって、可逆
形状変化特性を有し、しかもヒステリシスが極めて小さ
いＮｉＴｉ形状記憶合金材を簡単に、かつ安定して製造
し得ることを可能にした点、 に特徴を有するものである。
％とする）のＮｉを含有するとともに、残部が実質的に
Ｔｉから成るＮｉＴｉ形状記憶合金の熱間加工材に、３
００〜６５０°Ｃでの最終形状記憶熱処理を０．２〜５
．０％の歪付与下にて１分以上施すことによって、可逆
形状変化特性を有し、しかもヒステリシスが極めて小さ
いＮｉＴｉ形状記憶合金材を簡単に、かつ安定して製造
し得ることを可能にした点、 に特徴を有するものである。
次いで、この発明の方法において、対象素材たるＮｉＴ
ｉ合金のＮｉ含有割合、最終形状記憶熱処理条件、並び
に最終形状記憶熱処理時の歪付与量を上述のように限定
した理由を説明する。
ｉ合金のＮｉ含有割合、最終形状記憶熱処理条件、並び
に最終形状記憶熱処理時の歪付与量を上述のように限定
した理由を説明する。
Ａ） ＮｉＴｉ合金のＮｉ含有割合
素材たるＮｉＴｉ合金のＮｉ含有割合が５０．０％を下
回っても、また６０．０％を上回ってもその熱間加工性
及び冷間加工性が著しく劣化し、成形加工が困難となる
ばかりか、所望特性を有する形状記憶合金材を安定して
実現できなくなることから、ＮｉＴｉ合金のＮｉ含有割
合は５０．０〜６０．０％と定めた。
回っても、また６０．０％を上回ってもその熱間加工性
及び冷間加工性が著しく劣化し、成形加工が困難となる
ばかりか、所望特性を有する形状記憶合金材を安定して
実現できなくなることから、ＮｉＴｉ合金のＮｉ含有割
合は５０．０〜６０．０％と定めた。
Ｂ）最終形状記憶熱処理温度及び保持時間最終形状記憶
熱処理温度が３００℃未満では形状記憶効果に有効な析
出物や結晶構造を得ることができないので、拘束歪力（
最終形状記憶熱処理時に付与される歪力）との相乗効果
によって実現されるＮｔＴｉ形状記憶合金中の“内部応
力場”が長時間熱処理によっても生成されず、一方、該
温度が６５０℃を超えた場合には前記析出物酸いは結晶
構造の固溶や消失が生じて、やはり３００℃未満の場合
と同様、短時間熱処理での“内部応力場”生成が望めな
くなり、いずれにしても所望の形状記憶効果を得ること
ができない。
熱処理温度が３００℃未満では形状記憶効果に有効な析
出物や結晶構造を得ることができないので、拘束歪力（
最終形状記憶熱処理時に付与される歪力）との相乗効果
によって実現されるＮｔＴｉ形状記憶合金中の“内部応
力場”が長時間熱処理によっても生成されず、一方、該
温度が６５０℃を超えた場合には前記析出物酸いは結晶
構造の固溶や消失が生じて、やはり３００℃未満の場合
と同様、短時間熱処理での“内部応力場”生成が望めな
くなり、いずれにしても所望の形状記憶効果を得ること
ができない。
また、このときの熱処理時間が１分未満であっても、上
記「加熱温度３００℃未満の場合」と同様、十分な形状
記憶効果を安定して備えしめることができない。
記「加熱温度３００℃未満の場合」と同様、十分な形状
記憶効果を安定して備えしめることができない。
従って、最終形状記憶熱処理においては、加熱保持温度
を３００〜６５０℃に、そして加熱保持時間を１分以上
に、それぞれ定めた。
を３００〜６５０℃に、そして加熱保持時間を１分以上
に、それぞれ定めた。
Ｃ）最終形状記憶熱処理時の歪付与量
最終形状記憶熱処理における歪付与量（拘束歪量）が０
．２％未満であると前記“内部応力場”生成に十分な寄
与がなされず、一方、５．０％を超える場合には材料の
変形量が大きくなり過ぎて拘束自体が不可能となるか、
或いは適応力場が生じて中間相の生成がなされなくなる
かして、可逆的形状記憶効果が実現されなかったり、ヒ
ステリシスが大きくなる等の不都合を招いてしまう。
．２％未満であると前記“内部応力場”生成に十分な寄
与がなされず、一方、５．０％を超える場合には材料の
変形量が大きくなり過ぎて拘束自体が不可能となるか、
或いは適応力場が生じて中間相の生成がなされなくなる
かして、可逆的形状記憶効果が実現されなかったり、ヒ
ステリシスが大きくなる等の不都合を招いてしまう。
従って、最終形状記憶熱処理時の歪付与量は０．２〜５
．０％と定めた。
．０％と定めた。
続いて、この発明を実施例によって具体的に説明する。
〈実施例〉
まず、第１表に示される如き組成のＮｉＴｉ合金を減圧
不活性ガス雰囲気中で溶製し、９５０℃をやや下回る温
度にて熱間圧延を行って０．３寵厚の板材を得た。
不活性ガス雰囲気中で溶製し、９５０℃をやや下回る温
度にて熱間圧延を行って０．３寵厚の板材を得た。
次に、このようにして得られた板材を最終の目的形状に
成形した後、次式によって算出した０、２〜４．５％の
歪を付加した状態で、加熱保持温度＝３００〜７００℃
、保持時間：１〜６０００分なる条件の最終形状記憶熱
処理を施し、急冷した。
成形した後、次式によって算出した０、２〜４．５％の
歪を付加した状態で、加熱保持温度＝３００〜７００℃
、保持時間：１〜６０００分なる条件の最終形状記憶熱
処理を施し、急冷した。
付加歪量（％）
次いで、示差走査型熱量計により第４図（ａ）に示した
中間相変態ピークの存在を調べるとともに、中間相変態
ピークを有するものは第４図（ｂ）のように示差走査型
熱量計を走査してＡｆ点と中間相変態開始温度（Ｍｓ
’ ）との温度差を測定した。
中間相変態ピークの存在を調べるとともに、中間相変態
ピークを有するものは第４図（ｂ）のように示差走査型
熱量計を走査してＡｆ点と中間相変態開始温度（Ｍｓ
’ ）との温度差を測定した。
また、第３図で示した如くに温度変化で自発的に形状変
化するか否かを調べ、これにより可逆的形状記憶効果の
有無を決定するとともに、第５図で示したような「昇温
及び降温過程の作動曲線」よりΔＨを求た。
化するか否かを調べ、これにより可逆的形状記憶効果の
有無を決定するとともに、第５図で示したような「昇温
及び降温過程の作動曲線」よりΔＨを求た。
これらの結果を第２表に示した。
第２表に示される結果からも、本発明で規定する条件通
りに製造されたＮｉＴｉ形状記憶合金材は“中間相”及
び“可逆的形状記憶機能”を有し、Ｍｓ’点とＡｆ点と
の温度差（ヒステリシス）も４〜６℃と小さく、またΔ
Ｈも１〜２℃と非常に小さいものであることが明らかで
あるのに対して、本発明の規定から外れた製造条件によ
って得られた材料は“中間相”や“可逆的形状記憶機能
”を有さす、Ｍｓ点とＡｆ点との温度差も大きいことが
分かる。
りに製造されたＮｉＴｉ形状記憶合金材は“中間相”及
び“可逆的形状記憶機能”を有し、Ｍｓ’点とＡｆ点と
の温度差（ヒステリシス）も４〜６℃と小さく、またΔ
Ｈも１〜２℃と非常に小さいものであることが明らかで
あるのに対して、本発明の規定から外れた製造条件によ
って得られた材料は“中間相”や“可逆的形状記憶機能
”を有さす、Ｍｓ点とＡｆ点との温度差も大きいことが
分かる。
なお、この実施例では板材試料に関する結果のみを示し
たが、材料形状として線材或いはその他の形状を付与し
たものであっても同様の効果が得られることは言うまで
もない。
たが、材料形状として線材或いはその他の形状を付与し
たものであっても同様の効果が得られることは言うまで
もない。
〈総括的な効果〉
以上に説明した如く、この発明によれば、可逆形状変化
特性を有し、しかもヒステリシスが小さいＮｉＴｉ形状
記憶合金材を簡単な処理工程で実現することができ、そ
れ単独での使用或いは補助的なパイアスカとの併用の如
何を問わず、形状記憶合金の利用分野を更に拡大し、感
温アクチュエーターやサーモスタット等の諸機器類の性
能を一段と向上することが可能となるなど、産業上極め
て有用な効果がもたらされるのである。
特性を有し、しかもヒステリシスが小さいＮｉＴｉ形状
記憶合金材を簡単な処理工程で実現することができ、そ
れ単独での使用或いは補助的なパイアスカとの併用の如
何を問わず、形状記憶合金の利用分野を更に拡大し、感
温アクチュエーターやサーモスタット等の諸機器類の性
能を一段と向上することが可能となるなど、産業上極め
て有用な効果がもたらされるのである。
第１図は、ＮｉＴｉ形状記憶合金に所望の優れた可逆的
形状記憶効果を現出するために必要な冷間加工率の範囲
を、Ｎｉ含有割合との関係で示すグラフ、第２図は、示
差走査型熱量計による従来のＮｉＴｉ形状記憶合金の変
態点測定結果を示すグラフ、第３図は、拘束歪付与下で
実施される最終形状記憶熱処理時の試料形状並びに可逆
的形状記憶機能を有する試料の形状変化例を示す模式図
であり、第３図（ａ）は最終形状記憶熱処理時の試料形
状を、そして第３図（ｂ）は可逆的形状記憶機能を存す
る試料の形状変化例をそれぞれ示す、第４図は、中間相
の出現した示差走査型熱量計による変態点測定曲線並び
にＭｓ’点とＡｒ点との温度差を測定するための示差走
査型熱量計による変態点測定曲線であり、第４図（ａ）
は中間相の出現した示差走査型熱量計による変態点測定
曲線を、そして第４図（ｂ）はＭｓ’点とＡｆ点との温
度差を測定するための示差走査型熱量計による変態点測
定曲線をそれぞれ示す、 第５図は、ＮｉＴｉ形状記憶合金材の昇温・降温過程の
作動曲線である。 出願人 日本ステンレス株式会社 代理人 弁理士 今 井 毅 第 １ 圓 １２図 フルテレ寸イト神ｉ緑じ−ク 第５い （ｂ） 第４図 逼 Ｌ（°Ｃ）
形状記憶効果を現出するために必要な冷間加工率の範囲
を、Ｎｉ含有割合との関係で示すグラフ、第２図は、示
差走査型熱量計による従来のＮｉＴｉ形状記憶合金の変
態点測定結果を示すグラフ、第３図は、拘束歪付与下で
実施される最終形状記憶熱処理時の試料形状並びに可逆
的形状記憶機能を有する試料の形状変化例を示す模式図
であり、第３図（ａ）は最終形状記憶熱処理時の試料形
状を、そして第３図（ｂ）は可逆的形状記憶機能を存す
る試料の形状変化例をそれぞれ示す、第４図は、中間相
の出現した示差走査型熱量計による変態点測定曲線並び
にＭｓ’点とＡｒ点との温度差を測定するための示差走
査型熱量計による変態点測定曲線であり、第４図（ａ）
は中間相の出現した示差走査型熱量計による変態点測定
曲線を、そして第４図（ｂ）はＭｓ’点とＡｆ点との温
度差を測定するための示差走査型熱量計による変態点測
定曲線をそれぞれ示す、 第５図は、ＮｉＴｉ形状記憶合金材の昇温・降温過程の
作動曲線である。 出願人 日本ステンレス株式会社 代理人 弁理士 今 井 毅 第 １ 圓 １２図 フルテレ寸イト神ｉ緑じ−ク 第５い （ｂ） 第４図 逼 Ｌ（°Ｃ）
Claims (1)
- 重量割合にて５０．０〜６０．０％のＮｉを含有する
とともに、残部が実質的にＴｉから成るＮｉＴｉ形状記
憶合金の熱間加工材に、３００〜６５０℃での最終形状
記憶熱処理を０．２〜５．０％の歪付与下にて１分以上
施すことを特徴とする、可逆形状変化特性を有し、かつ
ヒステリシスが小さいＮｉＴｉ形状記憶合金材の製造方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4041086A JPS62199758A (ja) | 1986-02-27 | 1986-02-27 | 形状記憶合金材の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4041086A JPS62199758A (ja) | 1986-02-27 | 1986-02-27 | 形状記憶合金材の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62199758A true JPS62199758A (ja) | 1987-09-03 |
Family
ID=12579890
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4041086A Pending JPS62199758A (ja) | 1986-02-27 | 1986-02-27 | 形状記憶合金材の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS62199758A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6217567B1 (en) | 1997-03-06 | 2001-04-17 | Percusurge, Inc. | Hollow medical wires and methods of constructing same |
-
1986
- 1986-02-27 JP JP4041086A patent/JPS62199758A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6217567B1 (en) | 1997-03-06 | 2001-04-17 | Percusurge, Inc. | Hollow medical wires and methods of constructing same |
| US6375628B1 (en) | 1997-03-06 | 2002-04-23 | Medtronic Percusurge, Inc. | Hollow medical wires and methods of constructing same |
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