JPS635465B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPS635465B2 JPS635465B2 JP61137814A JP13781486A JPS635465B2 JP S635465 B2 JPS635465 B2 JP S635465B2 JP 61137814 A JP61137814 A JP 61137814A JP 13781486 A JP13781486 A JP 13781486A JP S635465 B2 JPS635465 B2 JP S635465B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- shape memory
- temperature
- memory alloy
- phase
- shape
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
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- Details Of Measuring And Other Instruments (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、Ti―Ni系形状記憶合金に0.05〜10
重量％のSi，Mn，Cr，Mo，Ｗ，Ｖ，Nb，Cu，
Co，Zr，Ta，Sn，Be，Ce，Alおよび鉄を１種
または２種以上含有せしめた形状記憶合金を、記
憶させるべき所定の所定の形状に拘束した状態あ
るいは拘束しない状態で溶体化処理した後急冷処
理を施し、次に記憶させるべき所定の形状に拘束
した状態で時効処理を施すことにより高温相低
温相の変態、特に高温相→低温相の変態ヒステリ
シスが小さく、かつ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。 高温でCsCl型の体心立方構造を有し、熱弾性
型のマルテンサイト変態を生ずる合金は、ほとん
ど形状記憶効果を示すことが知られており、これ
までにTi―Ni系合金をはじめCu―Zn―Al、Cu
―Al―Ni、Cu―Zn―Au、Cu―Zn―Ga、Cu―
Zn―Sn、Cu―Zn―Si、Cu―Sn、Au―Cd、Ag
―Cd等の合金が見い出されている。 一般に形状記憶合金は単結晶でないと形状記憶
効果を示さないことが知られているが、Ti―Ni
系合金は例外であり、多結晶体で形状記憶効果を
有しており、極めて実用的であり、前記合金の中
では最も広範囲な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
る材料を変形後加熱するとその材料が変形前の元
の形に戻るものであり、こうした効果を生ずる温
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〜
60Kg／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
憶効果を可逆的に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カとしての通
常のコイルバネ（バイアスバネ）と形状記憶合金
コイルバネとが組み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ほど、また二方
向性を有しているほど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℃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ことおよび形状
記憶合金と組み合わせるバイアスバネも寸法の大
きな強度の高いものが必要となる欠点があつた。 本発明者はこうした欠点を改善するため、合金
を記憶させるべき所定の形状に拘束した状態でマ
トリツクス中に微細な析出物を分散させ、高温相
→低温相変態の際のマルテンサイトの生成方位を
限定することにより、二方向性を得ると同時に中
間相を生成させ変態ヒステリシスを減少させるこ
とを検討した。 その結果、Ti―Ni系形状記憶合金に0.05〜10
重量％のSi，Mn，Cr，Mo，Ｗ，Ｖ，Nb，Cu，
Co，Zr，Ta，Sn，Be，Ce，Alおよび鉄を１種
または２種以上含有せしめた合金を500〜1100℃
の温度範囲において記憶させるべき所定の形状に
拘束した状態あるいは拘束しない状態で溶体化処
理した後急冷処理を施し、次に200〜700℃の温度
範囲において記憶させるべき所定の形状に拘束し
た状態で時効処理を施したところ有益な効果をも
たらすことを発見したものである。 次に本発明における添加元素の含有量の範囲お
よび溶体化処理・時効処理温度範囲の限定理由に
ついて述べる。 本発明における添加元素はいずれもTiあるい
はNiに対して高温での固溶度は大きいが、低温
では小さいものであり、従つて高温での溶体化処
理および次の時効処理を施すことにより、Ti化
合物、Ni化合物あるいは添加元素間の金属間化
合物を形成するものである。 しかし、10重量％を越えると熱間加工性および
冷間加工性が顕著に劣化し、加工が極めて困難と
なる。また、0.05重量％未満においては、化合物
を十分に析出させることができないために、二方
向性および小ヒステリシスが得られなくなる。な
お、形状記憶特性、熱間および冷間加工性等の兼
ね合いの点から0.08〜７重量％の範囲が好ましい
が、より好ましくは0.08〜５重量％の範囲であ
る。 次に溶体化処理温度については、500℃未満に
おいては十分な固溶度が得られず、また1100℃以
上においては酸化による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
したが、好ましくは700〜1100℃の温度範囲であ
る。なお、この場合、合金を記憶させるべき所定
の形状に拘束しても拘束しなくても同様な効果が
認められる。 また、時効処理温度については200℃未満にお
いては十分な析出が起らず、また700℃を越える
と形状記憶特性（回復率、回復力）が劣化し、ま
た中間相の生成が困難となり、高温相→低温相
（中間相）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200〜700℃の温度範囲に限定
した。なおこの場合、合金に所定の形状を記憶さ
せる点から、合金を所定の形状に拘束する必要が
ある。 以下、本発明を実施例に基づき説明する。 第１表に示すような種々の合金をアルゴン中に
てアーク溶解した後、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800〜900℃
にて熱間圧延を行ない0.6mm厚さの板とした。 この板を500〜1100℃の範囲の種々の温度にて
３時間溶体化処理を行なつた後水冷した。表中試
料No.１〜No.16は、本発明合金である。 次に第２図に示すように内径40φのステンレス
パイプの内面にサンプルをNi線にて巻き付け拘
束し、200〜700℃の範囲の種々の温度にて10時間
時効処理を施した後、各サンプルの二方向性の程
度および示差走査熱量計（DSC）を用いた変態
点の測定による高温相→低温相（中間相）の変態
ヒステリシスを確認した。 その結果を従来のTi―Ni系合金と比較して第
１表に示す。 なお、二方向性の程度は、第３図に示すように
サンプルが加熱時に拘束形状となり、冷却時に自
発的に直伸形状になろうとする変化の度合より判
定した。 第１表より本発明合金が二方向性に優れている
こと、および高温相→低温相（中間相）の変態ヒ
ステリシスが極めて小さいことが明らかである。 【表】
重量％のSi，Mn，Cr，Mo，Ｗ，Ｖ，Nb，Cu，
Co，Zr，Ta，Sn，Be，Ce，Alおよび鉄を１種
または２種以上含有せしめた形状記憶合金を、記
憶させるべき所定の所定の形状に拘束した状態あ
るいは拘束しない状態で溶体化処理した後急冷処
理を施し、次に記憶させるべき所定の形状に拘束
した状態で時効処理を施すことにより高温相低
温相の変態、特に高温相→低温相の変態ヒステリ
シスが小さく、かつ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。 高温でCsCl型の体心立方構造を有し、熱弾性
型のマルテンサイト変態を生ずる合金は、ほとん
ど形状記憶効果を示すことが知られており、これ
までにTi―Ni系合金をはじめCu―Zn―Al、Cu
―Al―Ni、Cu―Zn―Au、Cu―Zn―Ga、Cu―
Zn―Sn、Cu―Zn―Si、Cu―Sn、Au―Cd、Ag
―Cd等の合金が見い出されている。 一般に形状記憶合金は単結晶でないと形状記憶
効果を示さないことが知られているが、Ti―Ni
系合金は例外であり、多結晶体で形状記憶効果を
有しており、極めて実用的であり、前記合金の中
では最も広範囲な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
る材料を変形後加熱するとその材料が変形前の元
の形に戻るものであり、こうした効果を生ずる温
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〜
60Kg／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
憶効果を可逆的に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カとしての通
常のコイルバネ（バイアスバネ）と形状記憶合金
コイルバネとが組み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ほど、また二方
向性を有しているほど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℃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ことおよび形状
記憶合金と組み合わせるバイアスバネも寸法の大
きな強度の高いものが必要となる欠点があつた。 本発明者はこうした欠点を改善するため、合金
を記憶させるべき所定の形状に拘束した状態でマ
トリツクス中に微細な析出物を分散させ、高温相
→低温相変態の際のマルテンサイトの生成方位を
限定することにより、二方向性を得ると同時に中
間相を生成させ変態ヒステリシスを減少させるこ
とを検討した。 その結果、Ti―Ni系形状記憶合金に0.05〜10
重量％のSi，Mn，Cr，Mo，Ｗ，Ｖ，Nb，Cu，
Co，Zr，Ta，Sn，Be，Ce，Alおよび鉄を１種
または２種以上含有せしめた合金を500〜1100℃
の温度範囲において記憶させるべき所定の形状に
拘束した状態あるいは拘束しない状態で溶体化処
理した後急冷処理を施し、次に200〜700℃の温度
範囲において記憶させるべき所定の形状に拘束し
た状態で時効処理を施したところ有益な効果をも
たらすことを発見したものである。 次に本発明における添加元素の含有量の範囲お
よび溶体化処理・時効処理温度範囲の限定理由に
ついて述べる。 本発明における添加元素はいずれもTiあるい
はNiに対して高温での固溶度は大きいが、低温
では小さいものであり、従つて高温での溶体化処
理および次の時効処理を施すことにより、Ti化
合物、Ni化合物あるいは添加元素間の金属間化
合物を形成するものである。 しかし、10重量％を越えると熱間加工性および
冷間加工性が顕著に劣化し、加工が極めて困難と
なる。また、0.05重量％未満においては、化合物
を十分に析出させることができないために、二方
向性および小ヒステリシスが得られなくなる。な
お、形状記憶特性、熱間および冷間加工性等の兼
ね合いの点から0.08〜７重量％の範囲が好ましい
が、より好ましくは0.08〜５重量％の範囲であ
る。 次に溶体化処理温度については、500℃未満に
おいては十分な固溶度が得られず、また1100℃以
上においては酸化による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
したが、好ましくは700〜1100℃の温度範囲であ
る。なお、この場合、合金を記憶させるべき所定
の形状に拘束しても拘束しなくても同様な効果が
認められる。 また、時効処理温度については200℃未満にお
いては十分な析出が起らず、また700℃を越える
と形状記憶特性（回復率、回復力）が劣化し、ま
た中間相の生成が困難となり、高温相→低温相
（中間相）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200〜700℃の温度範囲に限定
した。なおこの場合、合金に所定の形状を記憶さ
せる点から、合金を所定の形状に拘束する必要が
ある。 以下、本発明を実施例に基づき説明する。 第１表に示すような種々の合金をアルゴン中に
てアーク溶解した後、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800〜900℃
にて熱間圧延を行ない0.6mm厚さの板とした。 この板を500〜1100℃の範囲の種々の温度にて
３時間溶体化処理を行なつた後水冷した。表中試
料No.１〜No.16は、本発明合金である。 次に第２図に示すように内径40φのステンレス
パイプの内面にサンプルをNi線にて巻き付け拘
束し、200〜700℃の範囲の種々の温度にて10時間
時効処理を施した後、各サンプルの二方向性の程
度および示差走査熱量計（DSC）を用いた変態
点の測定による高温相→低温相（中間相）の変態
ヒステリシスを確認した。 その結果を従来のTi―Ni系合金と比較して第
１表に示す。 なお、二方向性の程度は、第３図に示すように
サンプルが加熱時に拘束形状となり、冷却時に自
発的に直伸形状になろうとする変化の度合より判
定した。 第１表より本発明合金が二方向性に優れている
こと、および高温相→低温相（中間相）の変態ヒ
ステリシスが極めて小さいことが明らかである。 【表】
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。図中１はコイルバネを、２は形状記憶
合金コイルバネを示す。 第２図はサンプルの拘束状態を示す。図中１は
内径40φのステンレスパイプを、２は形状記憶合
金を、３はサンプルを拘束するために巻き付けた
Ni線を示す。 第３図ａはサンプルの拘束形状を示し、ｂおよ
びｃは、冷却時に自発的に直伸形状となる状態を
示したものである。
ーを示す。図中１はコイルバネを、２は形状記憶
合金コイルバネを示す。 第２図はサンプルの拘束状態を示す。図中１は
内径40φのステンレスパイプを、２は形状記憶合
金を、３はサンプルを拘束するために巻き付けた
Ni線を示す。 第３図ａはサンプルの拘束形状を示し、ｂおよ
びｃは、冷却時に自発的に直伸形状となる状態を
示したものである。
Claims (1)
- １ Ti―Ni系形状記憶合金に0.05〜10重量％の
Si，Mn，Cr，Mo，Ｗ，Ｖ，Nb，Cu，Co，Zr，
Ta，Sn，Be，Ce，Alおよび鉄を１種または２
種以上含有せしめた形状記憶合金を500〜1100℃
の温度範囲において記憶させるべき所定の形状に
拘束した状態あるいは拘束しない状態で溶体化処
理した後急冷処理を施し、次に200〜700℃の温度
範囲において記憶させるべき所定の形状に拘束し
た状態で時効処理を施すことを特徴とする形状記
憶合金の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13781486A JPS6237353A (ja) | 1986-06-13 | 1986-06-13 | 形状記憶合金の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13781486A JPS6237353A (ja) | 1986-06-13 | 1986-06-13 | 形状記憶合金の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6237353A JPS6237353A (ja) | 1987-02-18 |
| JPS635465B2 true JPS635465B2 (ja) | 1988-02-03 |
Family
ID=15207479
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13781486A Granted JPS6237353A (ja) | 1986-06-13 | 1986-06-13 | 形状記憶合金の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6237353A (ja) |
Families Citing this family (18)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6056038A (ja) * | 1983-09-08 | 1985-04-01 | Hitachi Metals Ltd | 形状記憶合金およびその製造方法 |
| WO1995027092A1 (en) * | 1994-03-31 | 1995-10-12 | Besselink Petrus A | Ni-Ti-Nb ALLOY PROCESSING METHOD AND ARTICLES FORMED FROM THE ALLOY |
| US6106642A (en) * | 1998-02-19 | 2000-08-22 | Boston Scientific Limited | Process for the improved ductility of nitinol |
| KR100395588B1 (ko) * | 2000-07-07 | 2003-08-25 | 주식회사 바이오스마트 | Ｔｉ－Ｎｉ－Ｃｕ－Ｍｏ계 형상기억합금 |
| EP1997925A4 (en) | 2006-03-17 | 2010-03-17 | Univ Tsukuba | TITANIUM TANTAL FORM MEMORY ALLOY, ADJUSTABLE AND MOTOR |
| JP4910156B2 (ja) * | 2006-03-20 | 2012-04-04 | 国立大学法人 筑波大学 | 高温形状記憶合金、アクチュエータおよび発動機 |
| CN100432256C (zh) * | 2006-09-28 | 2008-11-12 | 北京航空航天大学 | 一种钛锆铁形状记忆合金材料 |
| CN102888535A (zh) * | 2011-07-21 | 2013-01-23 | 西安赛特金属材料开发有限公司 | 一种耐磨镍钛基合金及其制备方法 |
| KR101615158B1 (ko) | 2014-11-14 | 2016-04-25 | 경상대학교산학협력단 | Ti, Ni 및 Si로 구성된 형상기억합금 |
| CN104711453A (zh) * | 2015-03-05 | 2015-06-17 | 苏州经贸职业技术学院 | 一种形状记忆合金材料及其制备方法 |
| US10774407B2 (en) * | 2015-06-19 | 2020-09-15 | University Of Florida Research Foundation, Inc. | Nickel titanium alloys, methods of manufacture thereof and article comprising the same |
| CN105132749A (zh) * | 2015-09-11 | 2015-12-09 | 中国工程物理研究院机械制造工艺研究所 | 一种NiTiNb形状记忆合金及其制备方法 |
| CN106119793A (zh) * | 2016-07-08 | 2016-11-16 | 苏州市皎朝纳米科技有限公司 | 一种高循环次数的钛镍系形状记忆合金及其制备方法和应用 |
| CN107828988B (zh) * | 2017-12-11 | 2020-01-10 | 北京科技大学 | 一种低成本Ti-Zr基高温形状记忆合金及其制备方法 |
| CN108411213B (zh) * | 2018-04-02 | 2019-11-15 | 四川大学 | 一种提高FeMnAl合金形状记忆性能的方法 |
| CN110918840B (zh) * | 2019-12-05 | 2020-11-06 | 中国石油大学(北京) | 一种无定型模具制备NiTi记忆合金弹簧的方法 |
| WO2022102586A1 (ja) * | 2020-11-13 | 2022-05-19 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | Ｎｉ－Ｔｉ系合金、吸発熱材料、Ｎｉ－Ｔｉ系合金の製造方法、及び熱交換デバイス |
| CN121428346B (zh) * | 2025-12-30 | 2026-04-03 | 中铝科学技术研究院有限公司 | NiTiNb形状记忆合金及其制备方法 |
-
1986
- 1986-06-13 JP JP13781486A patent/JPS6237353A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6237353A (ja) | 1987-02-18 |
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