-
Diese Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung
von Formgedächtnislegierungen mit hoher
Umwandlungstemperatur mit einer Martensit-
Rückverwandlungsendtemperatur von mehr als 100ºC, und
insbesondere ein Verfahren zur Herstellung von wesentlich
verbesserten Formwiederherstellungseigenschaften von
Formgedächtnislegierungen mit hoher
Umwandlungstemperatur, wie zum Beispiel Ti-Pd-Ni, Ti-Ni-
Zr und Ti-Ni-Hf Legierungen.
Beschreibung des Standes der Technik
-
Ti-Ni Legierungen sind als Formgedächtnislegierungen und
superelastische Legierungen gut bekannt. Eine
Formwiederherstellungstemperatur (d. h. eine Martensit-
Rückverwandlungsendtemperatur, die im folgenden als Af-
Temperatur bezeichnet wird) kann je nach dem
Zusammensetzungsverhältnis zwischen Ti und Ni, der Zugabe
eines dritten Elements und den Bedingungen der
thermomechanischen Behandlung und ähnlichem, zwischen - 100 und
+ 100ºC liegen.
-
Im Falle einer Formgedächtnisbehandlung werden diese
Formgedächtnislegierungen kaltverformt und danach bei
einer Temperatur (im allgemeinen etwa 400ºC), die nicht
niedriger ist als eine Rückbildungstemperatur plastischer
Verformungen, ausgeglüht. Die Rückbildungstemperatur
plastischer Verformungen entspricht einer Temperatur, bei
der Verformungen, die durch das Kaltverformen verursacht
wurden, wieder umgeordnet werden. Da die
Rückbildungstemperatur plastischer Verformungen höher ist
als die Af-Temperatur, werden die
Formgedächtnislegierungen gleichzeitig mit dem Ausglühen
für die Formgedächtnisbehandlung auf die Af-Temperatur
oder darüber erwärmt und danach einmal in einen
Elternphasenzustand übergeführt, um die Erinnerung an die
Form zu ermöglichen.
-
Für die Formgedächtnisbehandlung ist es wichtig, daß die
folgenden drei Bedingungen zur Erzielung
zufriedenstellender Formgedächtniseigenschaften erfüllt
sind.
-
1) Die Sättigung der Neuausrichtung der Martensit-
Varianten aufgrund der Kaltverformung sollte beigelegt
werden. 2) Verschiebungen, die aufgrund der
Kaltverformung stattgefunden haben, sollten korrigiert
werden. 3) Es sollte keine Umkristallisierung verursacht
werden.
-
Die Af-Temperatur (Formwiederherstellungstemperatur) der
Ti-Ni Formgedächtnislegierungen übersteigt 100ºC
höchstens um ein wenig. Um Formgedächtnislegierungen zu
erzielen, die eine Af-Temperatur von mehr als 100ºC
benötigen, das heißt, Formgedächtnislegierungen mit hoher
Umwandlungstemperatur, ist es notwendig, unterschiedliche
Arten von Legierungen, wie zum Beispiel Ti-Ni-Pd und Ti-
Ni-Zr anstelle von Ti-Ni-Legierungen zu verwenden.
-
Die Formgedächtnislegierungen mit hoher
Umwandlungstemperatur können für Komponenten verwendet
werden, die zum Erkennen von kochendem Wasser,
überhitztem Öl und Schmelzen von Polymer oder ähnlichem
oder Sicherheitsventile für das Kühlwasser in
Nuklearreaktoren verwendet werden.
-
Eine große Anzahl an Legierungen, wie zum Beispiel Ti-Pd-
X, Ti-Au-X (X=Ni, Cu, W, Ta, Co, Fe) und Ti-Ni-X (X=Zr,
Hf) Legierungen sind als Formgedächtnislegierungen mit
hoher Umwandlungstemperatur gut bekannt (siehe z. B.
"Improvement of a Ti&sub5;&sub0;Pd&sub3;&sub0;Ni&sub2;&sub0; high temperature shape
memory alloy by thermomechanical treatments", Golberg et
al., Scr. Metall. Mater. (1944), 30 (10), 1349-54)),
wobei die Af-Temperatur 100ºC weit übersteigt. Diese
Legierungen können je nach der Art des Ersatzelements und
dem Zusammensetzungsbereich desselben eine Martensit-
Rückverwandlungsstarttemperatur (im folgenden als As-
Temperatur bezeichnet) oder die Af-Temperatur verändern
je nach Art des Ersatzelements und dessen
Zusammensetzungsbereich. Die As- oder Af-Temperatur kann
abhängig vom Zusammensetzungsbereich 500ºC oder mehr
erreichen.
-
Im allgemeinen ist der Unterschied zwischen der As-
Temperatur und der Af-Temperatur in einem Ausglühzustand
nicht größer als einige zehn Grade. Wenn diese
Legierungen jedoch kaltverformt werden, steigt die Af-
Temperatur bei der ersten Erwärmung nach der
Kaltverformung aufgrund der Streßinduktion oder
Verformung um etwa 150ºC an, und daher wird der
Unterschied zwischen der As-Temperatur und der Af-
Temperatur größer. Im Falle von Legierungen, bei denen
die As-Temperatur nicht unter 350ºC liegt, erreicht
daher die Af-Temperatur bei der ersten Erwärmung nach der
Kaltverformung 500ºC oder mehr, wodurch eine
Umkristallisierungstemperatur überschritten wird.
-
Wenn zum Beispiel eine Zusammensetzung einer Ti-Ni-Pd-
Legierung als Ti&sub5;&sub0;Ni50-xPdx (ein numerischer Wert %
repräsentiert und das gleiche im folgenden gilt)
ausgedrückt wird, wobei x auf den Wert 43 oder darüber
festgelegt wird, erreicht die Af-Temperatur im
Ausglühzustand 500ºC oder mehr. Wenn des weiteren x auf
den Wert 35 oder höher gesetzt wird, liegt die As-
Temperatur nicht unter 350ºC, und die Af-Temperatur
erreicht bei der ersten Erwärmung nach der Kaltverformung
500ºC oder mehr.
-
Wenn eine Zusammensetzung einer Ti-Ni-Zr-Legierung als
Ti50-xNi&sub5;&sub0;Zrx ausgedrückt wird, wobei x auf den Wert 29 oder
höher gesetzt wird, erreicht die Af-Temperatur im
Ausglühzustand 500ºC oder mehr.
-
Wenn x auf den Wert 22 oder höher gesetzt wird, liegt die
As-Temperatur nicht unter 350ºC, und die Af-Temperatur
erreicht bei der ersten Erwärmung nach der Kaltverformung
500ºC oder mehr.
-
Wenn des weiteren eine Zusammensetzung einer Ti-Ni-Hf-
Legierung als Ti50-xNi&sub5;&sub0;Hfx ausgedrückt wird, wobei x auf
den Wert 27 oder höher gesetzt wird, erreicht die Af-
Temperatur im Ausglühzustand 500ºC oder mehr. Wenn des
weiteren x auf den Wert 20 oder höher gesetzt wird, liegt
die As-Temperatur nicht unter 350ºC, und die Af-
Temperatur erreicht bei der ersten Erwärmung nach der
Kaltverformung 500ºC oder mehr.
-
Wie zuvor beschrieben erreicht die Af-Temperatur im Falle
von Legierungen, bei denen die As-Temperatur nicht unter
350ºC liegt, bei der ersten Erwärmung nach der
Kaltverformung 500ºC oder mehr, wodurch eine
Umkristallisierungstemperatur zu überschritten wird.
Natürlich ist die Af-Temperatur im Falle von Legierungen,
bei denen die As-Temperatur von Beginn an nicht niedriger
als 500ºC ist, bei der ersten Erwärmung nach der
Kaltverformung auch nicht niedriger als 500ºC.
-
Selbst wenn jedoch solche Legierungen, wie sie oben
beschrieben wurden, kaltverformt und danach durch eine
Wärmebehandlung bei 400ºC für eine Stunde lang
ausgeglüht werden, wie dies so ähnlich bei herkömmlichen
Ti-Ni-Formgedächtnislegierungen der Fall ist, ist es
nicht möglich, das Formgedächtnis zu erzeugen.
-
Wenn die oben beschriebenen Legierungen auf der anderen
Seite jedoch bei einer Temperatur, die höher ist als die
Af-Temperatur bei der ersten Erwärmung nach der
Kaltverformung, ausgeglüht werden, ist es möglich, das
Formgedächtnis zu erzeugen. Da jedoch bei den obigen
Legierungen zu diesem Zeitpunkt die Umkristallisierung
beginnt, wird eine Formwiederherstellungsrate
verlangsamt.
-
Aus den oben beschriebenen Gründen haben die
Formgedächtnislegierungen mit hoher
Umwandlungstemperatur, bei denen die Af-Temperatur bei
der ersten Erwärmung nach der Kaltverformung eine
Umkristallisierungstemperatur oder eine höhere Temperatur
erreicht, insoferne ein Problem verursacht, als daß mit
ihnen keine zufriedenstellende Formwiederherstellungsrate
erzielt werden konnte.
-
Als Ergebnis verschiedener Überprüfungen bezüglich des
oben genannten Problems hat die vorliegende Erfindung ein
Herstellungsverfahren entwickelt, bei dem eine solche
Formgedächtnislegierung mit hoher Umwandlungstemperatur,
bei der die As-Temperatur bei der ersten Erwärmung nach
der Kaltverformung nicht weniger als 350ºC beträgt, das
Formgedächtnis ermöglicht, und eine zufriedenstellende
Formwiederherstellungsrate erzielt werden kann.
-
Gemäß der vorliegenden Erfindung nach Anspruch 1 zur
Lösung der oben beschriebenen Probleme wird ein Verfahren
zur Herstellung einer Formgedächtnislegierung mit hoher
Umwandlungstemperatur geschaffen, umfassend die Schritte
der Kaltverformung einer Formgedächtnislegierung mit
hoher Umwandlungstemperatur mit einer Martensit-
Rückverwandlungsendtemperatur von mehr als 100ºC, wobei
die Martensit-Rückverwandlungsstarttemperatur (As) bei
der ersten Erwärmung nach der Kaltverformung 350ºC oder
mehr erreicht, der darauf folgenden Erwärmung der
kaltverformten Legierung als erste Wärmebehandlung für
eine Zeitdauer von weniger als die Inkubationszeit zur
Umkristallisierung bei einer Temperatur von mehr als der
Martensit-Rückverwandlungsendtemperatur (Af) bei der
ersten Erwärmung nach der Kaltverformung, und schließlich
des Ausglühens der sich daraus ergebenden Legierung als
eine zweite Wärmebehandlung bei einer Temperatur, die
nicht niedriger als die Rückbildungstemperatur
plastischer Verformungen und nicht höher als die
Umkristallisierungstemperatur ist.
-
Gemäß der vorliegenden Erfindung nach Anspruch 2 wird ein
Verfahren zur Herstellung einer Formgedächtnislegierung
mit hoher Umwandlungstemperatur nach Anspruch 1
geschaffen, wobei die erste Wärmebehandlung für eine
Zeitdauer von drei Minuten oder weniger bei einer
Temperatur durchgeführt wird, die 500ºC übersteigt und
niedriger ist als ein Schmelzpunkt der Legierung.
-
Gemäß der vorliegenden Erfindung nach Anspruch 3 wird ein
Verfahren zur Herstellung einer Formgedächtnislegierung
mit hoher Umwandlungstemperatur nach Anspruch 1 oder 2
geschaffen, wobei die Zusammensetzung der
Formgedächtnislegierung mit hoher Umwandlungstemperatur
durch Ti&sub5;&sub0;Ni50-xPdx ausgedrückt wird, wobei x im Bereich
zwischen 35 und 50 in % festgelegt wird, oder Ti50-xNi&sub5;&sub0;Zrx,
wobei x im Bereich zwischen 22 und 30 in % festgelegt
wird, oder Ti50-xNi&sub5;&sub0;Hfx, wobei x im Bereich zwischen 20 und
30 in % festgelegt wird.
-
Im folgenden wird nun die vorliegende Erfindung im Detail
beschrieben. Zuerst wird jedoch ein allgemeines Prinzip
der Formgedächtnisbehandlung von
Formgedächtnislegierungen wie folgt beschrieben.
-
Aufgrund der Kaltverformung werden Verformungen mit hoher
Dichte im Kristall verursacht. Das Ergebnis wird über
eine geeignete Zeitdauer bei einer geeigneten Temperatur,
die höher ist als eine Rückbildungstemperatur plastischer
Verformungen, ausgeglüht, um eine Rückanordnung der
Verformungen zu bewirken. Da die rückangeordneten
Verformungen den Verschiebungen Widerstand
entgegensetzen, wird der kritische Streß für die
Verschiebungen mehr erhöht als der kritische Streß für
die Rückanordnung von Martensit oder für das
Erscheinungsbild von streßinduziertem Martensit. Somit
wird der Martensit rückangeordnet oder der
streßinduzierte Martensit dargestellt, ohne
Verschiebungen zum Zeitpunkt der Verformung zu
verursachen, um zufriedenstellende
Formgedächtniseigenschaften auszuüben.
-
Wenn hingegen die Ausglühtemperatur bis zum
Umkristallisierungspunkt oder darüber ansteigt, werden
nicht nur die Verformungen neu angeordnet, sondern es
wird auch die Umkristallisierung verursacht. Da ein
umkristallisierter Abschnitt die Dichte der Verformungen
extrem verringert, wird der Widerstand gegen die
Verschiebungen reduziert. Daher wird der kritische Streß
für die Verschiebungen mehr reduziert als der kritische
Streß für die Rückanordnung des Martensits, und die
Verschiebungen führen leicht zu einer Verschlechterung
der Formgedächtniseigenschaften.
-
Da die Af-Temperatur (-100 bis 100ºC) im Falle
herkömmlicher Ti-Ni Formgedächtnislegierungen nicht höher
ist als die Rückbildungstemperatur plastischer
Verformungen (ca. 400ºC), tritt aufgrund der Erwärmung
bis zur Rückbildungstemperatur plastischer Verformungen
oder darüber die Transformation in einen
Elternphasenzustand auf. Demgemäß wird die Rückanordnung
von Verformungen, wie sie oben beschrieben wurde, unter
der Bedingung verursacht, daß die Sättigung der
Neuausrichtung von Martensitvarianten aufgrund von
Kaltverformung gesetzt wird. Daher erlauben die
herkömmlichen Ti-Ni Formgedächtnislegierungen die
Beibehaltung der Form und verursachen keine Probleme.
-
Im Falle von Ti-Pd-x, Ti-Au-x, Ti-Ni-x oder ähnlichen
Formgedächtnislegierungen, bei denen die Af-Temperatur
höher ist als die Umkristallisierungstemperatur, wenn das
Ausglühen bei einer Temperatur durchgeführt wird, die
höher ist als die Af-Temperatur, wird die
Umkristallisierung verursacht, welche die
Formwiederherstellungseigenschaften verschlechtert. Wenn
das Ausglühen auf der anderen Seite bei einer Temperatur
durchgeführt wird, die niedriger ist als die Af-
Temperatur, bleiben die oben genannten
Formgedächtnislegierungen im Hinblick auf die
Neuausrichtung der Martensitvarianten, die durch das
Kaltverformen verursacht werden, selbst nach der
Wärmebehandlung gesättigt, und daher kann die
Beibehaltung der Form nicht erreicht werden.
-
Die vorliegende Erfindung beruht auf der oben
beschriebenen Erkenntnis. Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird eine Formgedächtnislegierung mit hoher
Umwandlungstemperatur, bei der die As-Temperatur bei der
ersten Erwärmung nach der Kaltverformung 350ºC oder mehr
erreicht, das heißt, Ti-Pd-x, Ti-Au-x, Ti-Ni-x oder eine
ähnliche oben beschriebene Legierung, kaltverformt und
danach durch die erste Wärmebehandlung für eine
Zeitdauer, die kürzer ist als die Inkubationszeit zur
Umkristallisierung, bei einer Temperatur, die höher ist
als die Af-Temperatur in der ersten Erwärmung nach der
Kaltverformung, erwärmt.
-
Die Kristallstruktur der Legierung wird durch die erste
Wärmebehandlung in die Elternphase übergeführt.
-
Nachdem die Kristallstruktur der Legierung in die
Elternphase übergeführt wurde, kann die Sättigung der
Neuausrichtung der Martensitvarianten, die durch das
Kaltverformen verursacht wurde, gesetzt werden.
-
Die Temperatur bei der oben beschriebenen Wärmebehandlung
wird so eingestellt, daß sie nicht geringer ist als die
Umkristallisierungstemperatur der Legierung. Da jedoch
die Überführung in die Elternphase innerhalb der
Inkubationszeit der Umkristallisierung beendet wird,
reicht die Wärmebehandlung über eine kurze Zeitdauer
hinweg aus, um auf die Af-Temperatur oder darüber zu
erwärmen, und der Beginn der Umkristallisierung kann
somit vermieden werden.
-
In anderen Worten wird die erste Wärmebehandlung der
vorliegenden Erfindung bei einer Temperatur durchgeführt,
die nicht nur höher ist als die Af-Temperatur, sondern
auch höher als die Umkristallisierungstemperatur. Da
jedoch die Erwärmungszeit bei der ersten Wärmebehandlung
so extrem kurz ist wie die Inkubationszeit oder weniger
der Umkristallisierung, kann die Formgedächtnislegierung
mit einer hohen Formwiederherstellungsrate erzielt
werden, ohne daß dadurch eine Umkristallisierung
verursacht wird.
-
Die Temperatur bei der ersten Wärmebehandlung übersteigt
vorzugsweise 500ºC und ist vorzugsweise niedriger als
ein Schmelzpunkt der Legierung. Wenn die Temperatur
weniger als 500ºC beträgt, wird die
Formwiederherstellungsrate verschlechtert. Wenn auf der
anderen Seite die Temperatur höher ist als der
Schmelzpunkt, wird die Legierung geschmolzen. Die
Temperatur im Bereich zwischen 500 und 1000ºC wird für
die praktische Anwendung bevorzugt.
-
Zum Beispiel liegt der Schmelzpunkt der Ti-Au-Ni-
Legierung etwa zwischen 1310 und 1495ºC, der
Schmelzpunkt der Ti-Ni-Pd-Legierung etwa zwischen 1310
und 1400ºC, der Schmelzpunkt der Ti-Ni-Zr-Legierung etwa
zwischen 1260 und 1310ºC, und der Schmelzpunkt der Ti-
Ni-Hf-Legierung etwa zwischen 1310 und 1530ºC.
-
Die Umkristallisierungstemperatur der oben beschriebenen
Legierungen liegt nicht unter 500ºC.
-
Die Erwärmungszeit bei der ersten Wärmebehandlung wird
vorzugsweise auf innerhalb von drei Minuten eingestellt.
Wenn die Erwärmungszeit drei Minuten übersteigt, führt
die dadurch verursachte Umkristallisierung zu einer
Verschlechterung der Formwiederherstellungseigenschaften.
Vorzugsweise wird die Erwärmungszeit auf innerhalb einer
Minute eingestellt.
-
Nach der ersten Wärmebehandlung wird das Ausglühen als
zweite Wärmebehandlung bei einer Temperatur durchgeführt,
die nicht niedriger ist als die Rückbildungstemperatur
plastischer Verformungen der Legierung und nicht höher
als die Umkristallisierungstemperatur. Die zweite
Wärmebehandlung verursacht nur die Neuanordnung der
Verformungen ohne Umkristallisierung. Daher können die
zufriedenstellenden Formgedächtniseffekte durch die
zweite Wärmebehandlung erzielt werden.
-
Die zweite Wärmebehandlung wird vorzugsweise bei einer
Temperatur von 300 bis 500ºC über eine Zeitdauer von 30
Minuten bis zu 2 Stunden durchgeführt. Wenn die
Temperatur niedriger ist als 300ºC, ist es nicht
möglich, die Erinnerung der Form auf zufriedenstellende
Weise zu erreichen. Wenn auf der anderen Seite die
Temperatur nicht geringer als 500ºC ist, ist der Beginn
einer Umkristallisierung wahrscheinlich.
-
Die Formgedächtnislegierung mit hoher
Umwandlungstemperatur, welche gemäß der vorliegenden
Erfindung herzustellen ist, entspricht einer Legierung,
bei der die As-Temperatur bei der ersten Erwärmung nach
der Kaltverformung 350ºC oder mehr erreicht, das heißt,
eine Formgedächtnislegierung, die sich bei einer
Temperatur von mindestens 350ºC oder höher
wiederherstellt. Derzeit handelt es sich bei den oben
beschriebenen Ti-Pd-x, Ti-Au-x (X=Ni, Cu, W, Ta, Co, Cr,
Fe) und Ti-Ni-x (x=Zr, Hf) Legierungen um solche
Formgedächtnislegierungen mit hoher
Umwandlungstemperatur. Besonders gut für die praktische
Anwendung eignen sich dabei die Ti-Pd-x und Ti-Ni-x
Legierungen. Vom Standpunkt der Zusammensetzung her
betrachtet zeigen die Legierungen, welche die
Zusammensetzung Ti&sub5;&sub0;Ni50-xPdx, wobei x im Bereich von 35 bis
50 in % liegt, oder die Zusammensetzung Ti50-xNi&sub5;&sub0;Zrx, wobei
x im Bereich von 22 bis 30 in % liegt, oder die
Zusammensetzung Ti50-xNi&sub5;&sub0;Hfx, wobei x im Bereich von 20 bis
30 in % liegt, aufweisen, zufriedenstellende
Eigenschaften und sind für die praktische Anwendung zu
bevorzugen.
-
Diese Formgedächtnislegierungen mit hoher
Umwandlungstemperatur können gemäß einem herkömmlichen
Verfahren hergestellt werden. Zum Beispiel wird ein
Walzblock mittels Hochfrequenz-Induktionsschmelzen,
Plasmaschmelzen, Pulvermetallurgie oder ähnlichem
hergestellt. Danach wird der solcherart hergestellte
Walzblock durch Heißwalzen, Heißextrusion oder ähnliches
warmverformt, und danach durch Kaltwalzen, Ziehen oder
ähnliches kaltverformt, um ihn in ein Blech, einen
Streifen, eine Stange, einen Draht oder ein ähnliches
Material umzuformen.
-
Bei der Wärmebehandlung kann ein ganz gewöhnlicher
Wärmeofen verwendet werden. Hochfrequenzerwärmung,
Ausglühen durch Gleichstrom oder ähnliches kann bei der
Wärmebehandlung angewandt werden. Weiters kann
Luftkühlung, Wasserabschrecken oder ähnliches für die
Kühlung nach dem Ausglühen verwendet werden.
-
Im folgenden wird nun eine bevorzugte Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung im Gegensatz zu
Vergleichsbeispielen beschrieben.
(Ausführungsform 1)
-
Eine Legierung mit einer Zusammensetzung, die durch
Ti&sub5;&sub0;Ni50-xPdx ausgedrückt wird, wurde verwendet, um drei
Arten von Proben herzustellen, die sich in ihrer Pd-
Konzentration unterschieden, so daß x auf 35, 40
beziehungsweise 50 in % eingestellt wurde. 30 g einer
jeden Probe wurden durch Plasmaschmelzen geschmolzen und
durch Heißwalzen und Kaltwalzen (Kaltwalzarbeitsrate: ca.
25%) zu einem Blech von 1,0 mm Dicke verarbeitet. Von
diesem Blech wurde mittels elektrischer Entladung ein
Spannungsprüfstück (mit einer Meßlänge von 16 mm)
abgeschnitten. Die Oberfläche der einzelnen Prüfstücke
wurde poliert, und danach wurde jedes Prüfstück bei
verschiedenen Temperaturen, die in Tabelle 1 dargestellt
sind, wärmebehandelt.
-
An jedem Prüfstück wurde eine Überprüfung seiner
Formwiederherstellungseigenschaften durchgeführt. Die
Ergebnisse sind in Tabelle 1 dargestellt.
-
Im Hinblick auf Prüfstücke, bei denen etwa 3% Dehnung im
plastischen Bereich aufgrund der Wegnahme der Spannung
verblieb, nachdem 4% der Verformung unter Zug bei
Raumtemperatur angelegt wurde, wurde die Überprüfung wie
folgt durchgeführt. Als die obigen Prüfstücke auf die in
Tabelle 1 angeführte Formwiederherstellungsprüftemperatur
erwärmt worden waren, wurden die Prüfstücke, die eine
nahezu 100%-ige Formwiederherstellungsrate aufwiesen,
mit O gekennzeichnet (das heißt, die
Formwiederherstellungsrate lag nicht unter 95%), die
Prüfstücke, die kaum eine Formwiederherstellung zeigten,
wurden mit X gekennzeichnet (das heißt, die
Formwiederherstellungsrate betrug nicht mehr als 20%),
und die Prüfstücke, die zwischen jenen lagen, die mit O
und X gekennzeichnet wurden, wurden mit Δ gekennzeichnet.
-
In Tabelle 1 stellt die As-Temperatur bei der ersten
Erwärmung eine Martensit-Rückverwandlungsstarttemperatur
bei der ersten Erwärmung nach der Kaltverformung dar. In
diesem Fall wurde die As-Temperatur nach einer
Thermoanalyse bestimmt.
-
Bei den Wärmebehandlungstemperaturen stellt Tf die
Temperatur bei der ersten Wärmebehandlung dar, und die
Zeitdauer, über welche hinweg die Prüfstücke auf Tf
gehalten wurden, wurde auf eine Minute eingestellt,
während Ta die Temperatur bei der zweiten Wärmebehandlung
darstellt, und die Zeitdauer, über welche hinweg die
Prüfstücke auf Ta gehalten wurden, wurde auf eine Stunde
eingestellt.
TABELLE 1
-
Wie aus Tabelle 1 ersichtlich ist, hat sich gezeigt, daß
die As-Temperatur bei keinem der Prüfstücke 1, 5, 6, 9
und 10 bei der ersten Wärmebehandlung nach der
Kaltverformung unter 350ºC lag, und daß diese Prüfstücke
eine nahezu 100%-ige Formwiederherstellungsrate
aufwiesen.
-
Auf der anderen Seite hat sich gezeigt, daß bei den
Prüfstücken Nr. 2, 3, 4, 7, 8, 11 und 12 der
Vergleichsbeispiele kaum eine Wiederherstellung der Form
zu erkennen war, oder daß die Formwiederherstellungsrate
schlechter war, da die erste Wärmebehandlung (Tf) nicht
durchgeführt wurde.
(Ausführungsform 2)
-
Im Hinblick auf die Prüfstücke mit einer Pd-Konzentration
von 35 und 40% nach der Ausführungsform 1 wurden die
Temperaturen (Tf, Ta) und die Zeit bei der
Wärmebehandlung wie in Tabelle 2 dargestellt verändert,
um unterschiedliche Arten von Proben herzustellen. Die
Formwiederherstellungseigenschaften wurden ähnlich wie in
der Ausführungsform 1 überprüft, und die Ergebnisse
dieser Überprüfung sind in Tabelle 2 dargestellt.
TABELLE 2
-
Wie aus Tabelle 2 ersichtlich ist, zeigt jedes der
Prüfstücke 1, 2, 4 und 5 der vorliegenden Erfindung
zufriedenstellende Formwiederherstellungseigenschaften,
ohne daß es zu einer Umkristallisierung käme. Solange in
diesem Fall die Zeitdauer, während der die Prüfstücke auf
Tf-Temperatur gehalten werden, innerhalb von 2 Minuten
liegt, kann die erste Wärmebehandlung innerhalb der
Inkubationszeit der Umkristallisierung durchgeführt
werden, selbst wenn Tf die Umkristallisierungstemperatur
übersteigt.
-
Auf der anderen Seite wurde bei jedem der Prüfstücke 3
und 6 der Vergleichsbeispiele eine Umkristallisierung
hervorgerufen, und diese Prüfstücke weisen auch
schlechtere Formwiederherstellungseigenschaften auf, da
die Prüfstücke für eine längere Zeitdauer auf Tf gehalten
wurden.
(Ausführungsform 3)
-
Eine Legierung mit einer Zusammensetzung, die durch
Ti&sub5;&sub0;Ni50-xZrx ausgedrückt wird, wurde verwendet, um zwei
Arten von Proben herzustellen, die sich in ihrer Zr-
Konzentration unterschieden, so daß X auf 22
beziehungsweise 30% eingestellt wurde. 3 kg einer jeden
Probe wurden durch Hochfrequenz-Induktionsschmelzen
geschmolzen und danach gegossen, gepreßt und mit einer
gerillten Walze warmgewalzt. Danach wurde das Ergebnis
wiederholt mit einem Ziehstein gezogen und ausgeglüht, um
in einen Draht mit 1,0 mm Durchmesser verarbeitet zu
werden (endgültige Kaltverformungsrate: ca. 30%). 140 mm
des Drahtes wurden abgeschnitten, dann linear fixiert und
bei verschiedenen Temperaturen, die in Tabelle 3
dargestellt sind, wärmebehandelt. An jedem Prüfstück
wurde eine Überprüfung seiner
Formwiederherstellungseigenschaften durchgeführt. Die
Ergebnisse sind in Tabelle 3 dargestellt.
-
Für das Anlegen einer Zugbelastung wurde ein
Dehnungsmeßgerät mit 50 mm Länge zwischen den Meßgeräten
verwendet. Das Überprüfungsverfahren, das
Wärmebehandlungsverfahren und die Symbole in Tabelle 3
sind jenen der Ausführungsform 1 ähnlich.
TABELLE 3
-
Wie aus Tabelle 3 ersichtlich ist, wies jedes der
Prüfstücke 1 und 4 der vorliegenden Erfindung bei der
ersten Erwärmung eine As-Temperatur von nicht weniger als
350ºC auf, und jedes dieser Prüfstücke zeigt nahezu 100
%-ige Formwiederherstellungseigenschaften. Auf der
anderen Seite war bei den Prüfstücken Nr. 2, 3, 5 und 6
der Vergleichsbeispiele kaum eine Wiederherstellung der
Form zu erkennen, oder es war die
Formwiederherstellungsrate schlechter, da die erste
Wärmebehandlung (Tf) nicht durchgeführt wurde.
(Ausführungsform 4)
-
Im Hinblick auf die Prüfstücke mit einer Zr-Konzentration
von 22 und 30% nach der Ausführungsform 3 wurden die
Temperaturen (Tf, Ta) und die Zeit bei der
Wärmebehandlung wie in Tabelle 4 dargestellt verändert,
um unterschiedliche Arten von Proben herzustellen. Danach
wurden die Formwiederherstellungseigenschaften ähnlich
wie in der Ausführungsform 3 überprüft. Die Ergebnisse
sind in Tabelle 4 dargestellt.
TABELLE 4
-
Wie aus Tabelle 4 ersichtlich ist, zeigt jedes der
Prüfstücke 1 und 3 der vorliegenden Erfindung
zufriedenstellende Formwiederherstellungseigenschaften,
ohne daß es zu einer Umkristallisierung käme. Solange in
diesem Fall die Zeitdauer, während der die Prüfstücke auf
Af-Temperatur gehalten werden, innerhalb einer Minute
liegt, kann die erste Wärmebehandlung innerhalb der
Inkubationszeit der Umkristallisierung durchgeführt
werden, selbst wenn Tf die Umkristallisierungstemperatur
übersteigt.
-
Auf der anderen Seite wurde bei jedem der Prüfstücke 2
und 4 der Vergleichsbeispiele eine Umkristallisierung
hervorgerufen, und diese Prüfstücke weisen auch
schlechtere Formwiederherstellungseigenschaften auf, da
die Prüfstücke für eine längere Zeitdauer auf Tf gehalten
wurden.
(Ausführungsform 5)
-
Eine Legierung mit einer Zusammensetzung, die durch
Ti&sub5;&sub0;Ni50-xHfx ausgedrückt wird, wurde verwendet, um zwei
Arten von Proben herzustellen, die sich in ihrer Hf-
Konzentration unterschieden, so daß x auf 20
beziehungsweise 30% eingestellt wurde. 1 kg einer jeden
Probe wurde durch Pulvermetallurgie zu einem Walzblock
geformt. Danach wurde der Walzblock einer isostatischen
Heißpreßbehandlung unterzogen, gepreßt und mit einer
gerillten Walze warmgewalzt. Danach wurde das Ergebnis
wiederholt mit einem Ziehstein gezogen und ausgeglüht, um
zu einem Draht mit 1,0 mm Durchmesser verarbeitet zu
werden (endgültige Kaltverformungsrate: ca. 30%). 140 mm
des Drahtes wurden abgeschnitten, dann linear fixiert und
bei verschiedenen Temperaturen, die in Tabelle 5
dargestellt sind, wärmebehandelt. An jedem Prüfstück
wurde eine Überprüfung seiner
Formwiederherstellungseigenschaften durchgeführt. Die
Ergebnisse sind in Tabelle 5 dargestellt.
-
Das Überprüfungsverfahren, das Evaluierungsverfahren, das
Wärmebehandlungsverfahren und die Symbole in Tabelle 5
sind jenen der Ausführungsform 3 ähnlich.
TABELLE 5
-
Wie aus Tabelle 5 ersichtlich ist, wies jedes der
Prüfstücke 1 und 4 der vorliegenden Erfindung bei der
ersten Erwärmung eine As-Temperatur von nicht weniger als
350ºC auf, und jedes dieser Prüfstücke zeigt eine nahezu
100%-ige Formwiederherstellungsrate. Auf der anderen
Seite war bei den Prüfstücken Nr. 2, 3, 5 und 6 der
Vergleichsbeispiele kaum eine Wiederherstellung der Form
zu erkennen, oder es war die Formwiederherstellungsrate
schlechter, da die erste Wärmebehandlung (Tf) nicht
durchgeführt wurde.
(Ausführungsform 6)
-
Im Hinblick auf die Prüfstücke mit einer Hf-Konzentration
von 20 und 30% nach der Ausführungsform 5 wurden die
Temperaturen (Tf, Ta) und die Zeit bei der
Wärmebehandlung, wie in Tabelle 6 dargestellt, verändert,
um unterschiedliche Arten von Proben herzustellen. Danach
wurden die Formwiederherstellungseigenschaften ähnlich
wie in der Ausführungsform 5 überprüft. Die Ergebnisse
sind in Tabelle 6 dargestellt.
TABELLE 6
-
Wie aus Tabelle 6 ersichtlich ist, zeigt jedes der
Prüfstücke 1 und 3 der vorliegenden Erfindung
zufriedenstellende Formwiederherstellungseigenschaften,
ohne daß es zu einer Umkristallisierung käme. Solange in
diesem Fall die Zeitdauer, während der die Prüfstücke auf
Tf-Temperatur gehalten werden, innerhalb einer Minute
liegt, kann die erste Wärmebehandlung innerhalb der
Inkubationszeit der Umkristallisierung durchgeführt
werden, selbst wenn Tf die Umkristallisierungstemperatur
übersteigt.
-
Auf der anderen Seite wurde bei jedem der Prüfstücke 2
und 4 der Vergleichsbeispiele eine Umkristallisierung
hervorgerufen, und diese Prüfstücke weisen auch
schlechtere Formwiederherstellungseigenschaften auf, da
die Prüfstücke für eine längere Zeitdauer auf Tf gehalten
wurden.
-
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, eine
Formgedächtnislegierung mit hoher Umwandlungstemperatur
zu erzielen, die ausgezeichnete
Formwiederherstellungseigenschaften aufweist. Somit kann
erwartet werden, daß die Formgedächtnislegierung mit
hoher Umwandlungstemperatur der vorliegenden Erfindung
für Komponenten verwendet werden kann, die zum Erkennen
von kochendem Wasser, überhitztem Öl und Schmelzen von
Polymer oder ähnlichem oder Sicherheitsventile für das
Kühlwasser in Nuklearreaktoren verwendet werden.