JP2001226747A - 形状記憶合金 - Google Patents
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Abstract
も、充分に良好な形状記憶効果を容易に示すことのでき
る、改善された新しいFe−Mn−Si系形状記憶合金
を提供する。 【解決手段】 組成主成分として少くともFe,Mnお
よびSiを含有するFe−Mn−Si系形状記憶合金に
おいて、その組織にニオブ炭化物が含まれていることと
する。
Description
化物含有の形状記憶合金とその製造方法に関するもので
ある。さらに詳しくは、この出願の発明は、ニオブ炭化
物を含有し、トレーニングなしに充分に良好な形状記憶
作用を示すことのできるFe−Mn−Si系の新しい形
状記憶合金とその製造方法に関するものである。
ーター機構や継手機構、スイッチ機構、あるいは各種分
野でその形状復元性による機能材料等として注目され、
その応用が様々に進められている合金である。
も各種の組成からなるものが検討されてきており、この
うちの一種として、Fe,MnおよびSiを組成主成分
とするFe−Mn−Si系(さらにはFe−Mn−Si
−Cr系、Fe−Mn−Si−Cr−Ni系を含めて)
の形状記憶合金がわが国において開発されている。
は、わが国においてはじめて見出されたものとして注目
されるものである。しかしながら、残念にも、このFe
−Mn−Si系合金はいまだに実用化されていないので
ある。その最大の原因は、この合金は、トレーニングと
いわれる特殊な加工熱処理をしなければ充分な形状記憶
の作用効果を示さないことである。トレーニングとは、
室温で2〜3%の変形を施した後に、逆変態点以上の6
00℃近傍で加熱するという処理を数回以上繰り返すこ
とである。
記憶合金については、このような面倒で負担の大きなト
レーニングが必要とされるとの理由から実用的な展望が
拓かれないでいた。
の従来のFe−Mn−Si系形状記憶合金の問題点を解
消し、トレーニングという特殊処理を施さなくても、充
分に良好な形状記憶効果をもたらすことのできる、改善
された新しいFe−Mn−Si系形状記憶合金を提供す
ることを課題としている。
の課題を解決するものとして、第1には、組成主成分と
して少くともFe,MnおよびSiを含有するFe−M
n−Si系形状記憶合金において、その組織にニオブ炭
化物が含まれていることを特徴とするニオブ炭化物含有
の形状記憶合金を提供する。
主成分としてCrまたはCrとNiが含有されている前
記の形状記憶合金を提供し、第3には、ニオブ炭化物
は、組織の体積率で0.1〜1.5%含まれている形状
記憶合金を、第4には、ニオブと炭素は、合金組成にお
いて、Nb/C(原子比)≧1である形状記憶合金を提
供する。
の第1ないし第4のいずれかの発明の形状記憶合金の製
造方法であって、ニオブおよび炭素添加による溶製後の
合金を、1000〜1300℃の範囲の温度で均一化熱
処理した後に、400〜1000℃の範囲で時効処理
し、ニオブ炭化物を析出させることを特徴とするニオブ
炭化物含有の形状記憶合金の製造方法を提供する。
特徴を有するものであるが、以下にその実施の形態につ
いて説明する。
は、組成主成分としてFe,MnおよびSiを含有し、
さらには必要に応じてCrもしくはCrとNiをも主成
分とするFe−Mn−Si系の形状記憶合金において、
その合金の組織にはニオブ炭化物が含まれていることを
特徴としている。このニオブ炭化物の組織中への含有に
よって、この発明の形状記憶合金では、従来のようなト
レーニングという、面倒で負担の大きな特殊処理を一切
必要とすることなしに、良好な形状記憶の作用効果を発
現させることが可能となる。
(C)が含まれているというだけではこの発明の効果は
得られないのであって、ニオブ炭化物の存在、すなわち
母相(オーステナイト)中の析出物としての存在が欠か
せないのである。
の割合でニオブ炭化物が含有されていることが望まし
い。さらには、体積率で0.3〜1.0%の範囲である
ことが適当である。
必要としないとのこの発明の効果は期待できない。ま
た、1.5%を超える場合には、合金の切削加工性が低
下し、実用性の観点で好ましくないものとなる。
については、一般的には次のように考慮することができ
る。 <Fe−Mn−Si> Mn:15〜40 Si: 3〜15 Fe:残部 <Fe−Mn−Si−Cr> Mn:5〜40 Si:3〜15 Cr:1〜20 Fe:残部 <Fe−Mn−Si−Cr−Ni> Mn:5〜40 Si:3〜15 Cr:1〜20 Ni:0.1〜20 Fe:残部 そして、さらに、 Cu:≦3 Mo:≦2 Al:≦10 Co:≦30 N:≦5000(ppm) 等を考慮することができる。もちろん不可避的不純物の
混入は許容されることになる。
が組織に含有されるこの発明の形状記憶合金では、化学
組成(重量%)としては、たとえば Nb:0.1〜1.5 C:0.01〜0.2 程度を目安とすることができる。ただ、いずれの場合で
あっても、ニオブおよび炭素によるニオブ炭化物は前記
のとおり組織体積率で0.1〜1.5%で存在すること
が好ましく、また、ニオブと炭素との原子比Nb/C
は、1以上、より好ましくは原子比が、1.0〜1.2
で存在することが適当である。
有するFe−Mn−Si系形状記憶合金は、所定の元素
原料とともにニオブおよび炭素の微量添加による溶製後
に、1000〜1300℃の範囲の温度での均一熱処理
を施し、その後、400〜1000℃の範囲の温度での
時効処理で、ニオブ炭化物を時効析出させることにより
製造することが適当である。
〜1250℃の温度で5〜20時間行うこと、また時効
処理は、700〜900℃の温度で0.5〜5時間行う
ことが例示される。
いてさらに詳しく説明する。
成(重量%)の合金を製造した。
0時間均一化処理し、その後、800℃の温度で2時間
時効処理した。
のにもニオブ炭化物の存在が確認された。その体積率は
約0.5%であった。図1は、時効処理後の合金につ
いて、ニオブ炭化物の析出物の存在を示した電子顕微鏡
写真である。写真中の約20nmの大きさの黒いコント
ラストのものが析出物である。図2(A)は、これを証
明する電子回析像で、矢印で示した弱い強度をもつ回析
斑点がニオブ炭化物からのものである。図2(B)は、
回析像のキーダイアグラムを示したものである。
Si−5Cr合金(合金)を溶製により製造し、上記
と同様の均一化処理のみ施した。このニオブと炭素を含
まない合金の場合には、ニオブ炭化物の存在は当然の
ことであるが全く確認されていない。
のための合金について、これらの曲げ試験による形状
記憶効果を評価した。試験のためのテストビースは、厚
さ0.6mm、4mm×30mmの板状体とした。
げによる歪みを4%と6%とした場合の形状記憶回復率
を示してある。合金のいずれのものも60%以
上、特に合金においては90%以上の回復率が得られ
ている。
率しか得られなかった。組織を変更して各種の比較合金
についても検討したが、いずれも最大で50%の回復率
しか得られなかった。 <実施例2>実施例1と同様にして、この発明の合金 :Fe−28Mn−6Si−5Cr−NbC(NbC
体積率0.5%) :Fe−15Mn−5Si−9Cr−5Ni−NbC
(NbC 体積率0.5%) を製造し、また比較のための合金 :Fe−28Mn−6Si−5Cr を用意した。
と同じ形状のテストピートにおいて、引っ張り試験によ
る形状記憶効果を評価した。図4は、その結果を示した
ものである。横軸は引っ張り歪みを、縦軸は形状回復率
を示している。
果を示すことが確認される。また、図5は、形状回復応
力を形状回復歪みに対してプロットした図である。前歪
みは2〜5%の場合を示している。この図5は、横軸に
示す歪みだけ形状が回復したときに発生する応力(回復
力)を縦軸に示している。そして、符号のA〜Eは次の
ものの場合を示している。
較例合金に比べてはるかに大きな回復力が得られてい
ることがわかる。
発明によって、従来のようなトレーニングという複雑な
加工熱処理を施す必要はなく、時効熱処理のみで、容易
に形状記憶効果を発現させることができる。トレーニン
グ処理を必要とする従来の合金とは異っていかなる形状
の合金部品等にも適用できる。たとえば締結部材(水道
管やガス管、石油油送管等の)として使用でき、溶接に
よる締結の必要がなくなり、溶接した場合に生じる溶接
部の弱体化や腐食の危険性を避けることができる。
した図面に代わる電子顕微鏡写真である。
存在を示した図面に代わる電子回析写真と、キーダイア
グラムである。
図である。
主成分としてCrまたはCrとNiが含有されている前
記の形状記憶合金を提供し、第3には、ニオブ炭化物
は、その体積率で0.1〜1.5%含まれている形状記
憶合金を、第4には、ニオブと炭素は、合金組成におい
て、Nb/C(原子比)≧1である形状記憶合金を提供
する。
が組織に含有されるこの発明の形状記憶合金では、化学
組成(重量%)としては、たとえば Nb:0.1〜1.5 C:0.01〜0.2 程度を目安とすることができる。ただ、いずれの場合で
あっても、ニオブおよび炭素によるニオブ炭化物は前記
のとおり体積率で0.1〜1.5%で存在することが好
ましく、また、ニオブと炭素との原子比Nb/Cは、1
以上、より好ましくは原子比が、1.0〜1.2で存在
することが適当である。
Claims (5)
- 【請求項1】 組成主成分として少くともFe,Mnお
よびSiを含有するFe−Mn−Si系形状記憶合金に
おいて、その組織にニオブ炭化物が含まれていることを
特徴とするニオブ炭化物含有の形状記憶合金。 - 【請求項2】 組成主成分としてCrまたはCrとNi
が含有されている請求項1の形状記憶合金。 - 【請求項3】 ニオブ炭化物は、組織の体積率で0.1
〜1.5%含まれている請求項1または2の形状記憶合
金。 - 【請求項4】 ニオブと炭素は、合金組成において、N
b/C(原子比)≧1である請求項1ないし3のいずれ
かの形状記憶合金。 - 【請求項5】 請求項1ないし4のいずれかの形状記憶
合金の製造方法であって、ニオブおよび炭素添加による
溶製後の合金を、1000〜1300℃の範囲の温度で
均一熱処理した後に、400〜1000℃の範囲で時効
処理し、ニオブ炭化物を析出させることを特徴とするニ
オブ炭化物含有の形状記憶合金の製造方法。
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