JP2003268501A - Ｆｅ基形状記憶合金及びその製造方法 - Google Patents
Ｆｅ基形状記憶合金及びその製造方法Info
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- JP2003268501A JP2003268501A JP2002068241A JP2002068241A JP2003268501A JP 2003268501 A JP2003268501 A JP 2003268501A JP 2002068241 A JP2002068241 A JP 2002068241A JP 2002068241 A JP2002068241 A JP 2002068241A JP 2003268501 A JP2003268501 A JP 2003268501A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 実用温度域での優れた形状記憶特性、加工性
及び耐食性を有する低廉なFe基形状記憶合金及びその製
造方法を提供する。 【解決手段】 15 〜40質量％のNiと、1.5 〜10質量％
のAlとを含有し、残部がFe及び不可避不純物からなるFe
基形状記憶合金。
及び耐食性を有する低廉なFe基形状記憶合金及びその製
造方法を提供する。 【解決手段】 15 〜40質量％のNiと、1.5 〜10質量％
のAlとを含有し、残部がFe及び不可避不純物からなるFe
基形状記憶合金。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は実用温度域での優れ
た形状記憶特性、加工性及び耐食性を有する低廉なFe基
形状記憶合金及びその製造方法に関する。
た形状記憶特性、加工性及び耐食性を有する低廉なFe基
形状記憶合金及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】形状記憶合金は、各種工業、医療等の分
野で、その特異的な機能を利用すべく実用化が進められ
ている。形状記憶現象及び超弾性現象（擬弾性現象とも
いう）は熱弾性マルテンサイト変態を起こす合金に現れ
るものであり、このような合金として、Ni-Ti系合金、N
i-Al系合金、Cu-Zn-Al系合金、Cu-Al-Ni系合金等の非鉄
系合金と、Fe-Ni-Co-Ti系合金、Fe-Mn-Si系合金、Fe-Ni
-C系合金、Fe-Ni-Cr系合金等の鉄系合金とが知られてい
る。
野で、その特異的な機能を利用すべく実用化が進められ
ている。形状記憶現象及び超弾性現象（擬弾性現象とも
いう）は熱弾性マルテンサイト変態を起こす合金に現れ
るものであり、このような合金として、Ni-Ti系合金、N
i-Al系合金、Cu-Zn-Al系合金、Cu-Al-Ni系合金等の非鉄
系合金と、Fe-Ni-Co-Ti系合金、Fe-Mn-Si系合金、Fe-Ni
-C系合金、Fe-Ni-Cr系合金等の鉄系合金とが知られてい
る。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし実用化されてい
るのは主に非鉄系合金であり、Fe基形状記憶合金にはま
だ解決されていないさまざまな問題がある。例えばFe-N
i-Co-Ti系合金は応力誘起変態による形状記憶効果を示
すが、Ms点（マルテンサイト変態開始温度）が200 K以
下と低い。Fe-Ni-C系合金では逆変態中に炭化物が生成
し、そのため形状記憶性が低下する。Fe-Mn-Si系合金は
比較的良好な形状記憶特性を示すが、冷間加工性が悪
く、加工にコストがかかる上、耐食性が不充分であり、
実用化できる分野が限られている。
るのは主に非鉄系合金であり、Fe基形状記憶合金にはま
だ解決されていないさまざまな問題がある。例えばFe-N
i-Co-Ti系合金は応力誘起変態による形状記憶効果を示
すが、Ms点（マルテンサイト変態開始温度）が200 K以
下と低い。Fe-Ni-C系合金では逆変態中に炭化物が生成
し、そのため形状記憶性が低下する。Fe-Mn-Si系合金は
比較的良好な形状記憶特性を示すが、冷間加工性が悪
く、加工にコストがかかる上、耐食性が不充分であり、
実用化できる分野が限られている。
【０００４】上記問題点にもかかわらず、Fe基形状記憶
合金には原料コストが低く、磁性を示す等の利点がある
ため、より実用的なFe基形状記憶合金の開発が望まれて
いる。
合金には原料コストが低く、磁性を示す等の利点がある
ため、より実用的なFe基形状記憶合金の開発が望まれて
いる。
【０００５】従って、本発明の目的は、実用温度域での
優れた形状記憶特性、加工性及び耐食性を有する低廉な
Fe基形状記憶合金及びその製造方法を提供することであ
る。
優れた形状記憶特性、加工性及び耐食性を有する低廉な
Fe基形状記憶合金及びその製造方法を提供することであ
る。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的に鑑み鋭意研究
の結果、本発明者らは、所定量のNi及びAlをFeに添加す
ることにより、実用温度域での優れた形状記憶特性及び
加工性を有するFe基形状記憶合金が得られることを見出
し、本発明に想到した。
の結果、本発明者らは、所定量のNi及びAlをFeに添加す
ることにより、実用温度域での優れた形状記憶特性及び
加工性を有するFe基形状記憶合金が得られることを見出
し、本発明に想到した。
【０００７】すなわち、本発明の第１のFe基形状記憶合
金は、15 〜40質量％のNiと、1.5〜10質量％のAlとを含
有し、残部がFe及び不可避的不純物からなることを特徴
とする。
金は、15 〜40質量％のNiと、1.5〜10質量％のAlとを含
有し、残部がFe及び不可避的不純物からなることを特徴
とする。
【０００８】本発明の第２のFe基形状記憶合金は、15
〜40質量％のNiと、1.5 〜10質量％のAlと、30質量％以
下のCoとを含有し、残部がFe及び不可避的不純物からな
ることを特徴とする。
〜40質量％のNiと、1.5 〜10質量％のAlと、30質量％以
下のCoとを含有し、残部がFe及び不可避的不純物からな
ることを特徴とする。
【０００９】本発明の第３のFe基形状記憶合金は、15
〜40質量％のNiと、1.5 〜10質量％のAlとを含有し、さ
らにBe、Cu、V、Mo、W、Nb、Ti、Zr、Ta、C、B、Cr、M
n、Hf、Re、Y、Ru、Ir、Ga、Si及びGeからなる群から選
ばれた少なくとも一種を合計で0.001 〜15質量％含有
し、残部がFe及び不可避的不純物からなることを特徴と
する。
〜40質量％のNiと、1.5 〜10質量％のAlとを含有し、さ
らにBe、Cu、V、Mo、W、Nb、Ti、Zr、Ta、C、B、Cr、M
n、Hf、Re、Y、Ru、Ir、Ga、Si及びGeからなる群から選
ばれた少なくとも一種を合計で0.001 〜15質量％含有
し、残部がFe及び不可避的不純物からなることを特徴と
する。
【００１０】本発明の第４のFe基形状記憶合金は、15
〜40質量％のNiと、1.5 〜10質量％のAlと、30質量％以
下のCoとを含有し、さらにBe、Cu、V、Mo、W、Nb、Ti、
Zr、Ta、C、B、Cr、Mn、Hf、Re、Y、Ru、Ir、Ga、Si及
びGeからなる群から選ばれた少なくとも一種を合計で0.
001 〜15質量％含有し、残部がFe及び不可避的不純物か
らなることを特徴とする。
〜40質量％のNiと、1.5 〜10質量％のAlと、30質量％以
下のCoとを含有し、さらにBe、Cu、V、Mo、W、Nb、Ti、
Zr、Ta、C、B、Cr、Mn、Hf、Re、Y、Ru、Ir、Ga、Si及
びGeからなる群から選ばれた少なくとも一種を合計で0.
001 〜15質量％含有し、残部がFe及び不可避的不純物か
らなることを特徴とする。
【００１１】上記第１〜４のFe基形状記憶合金はいずれ
もNi3Al等のfcc及び／又はfct構造を有する規則相を含
有するのが好ましい。これにより形状記憶特性が向上す
る。
もNi3Al等のfcc及び／又はfct構造を有する規則相を含
有するのが好ましい。これにより形状記憶特性が向上す
る。
【００１２】本発明の第１のFe基形状記憶合金の製造方
法は、15 〜40質量％のNiと、1.5〜10質量％のAlとを含
有し、残部がFe及び不可避的不純物からなるFe-Ni-Al系
合金を800 ℃以上の温度で溶体化処理することを特徴と
する。
法は、15 〜40質量％のNiと、1.5〜10質量％のAlとを含
有し、残部がFe及び不可避的不純物からなるFe-Ni-Al系
合金を800 ℃以上の温度で溶体化処理することを特徴と
する。
【００１３】本発明の第２のFe基形状記憶合金の製造方
法は、15 〜40質量％のNiと、1.5〜10質量％のAlと、30
質量％以下のCoとを含有し、残部がFe及び不可避的不純
物からなるFe-Ni-Al系合金を800 ℃以上の温度で溶体化
処理することを特徴とする。
法は、15 〜40質量％のNiと、1.5〜10質量％のAlと、30
質量％以下のCoとを含有し、残部がFe及び不可避的不純
物からなるFe-Ni-Al系合金を800 ℃以上の温度で溶体化
処理することを特徴とする。
【００１４】本発明の第３のFe基形状記憶合金の製造方
法は、15 〜40質量％のNiと、1.5〜10質量％のAlとを含
有し、さらにBe、Cu、V、Mo、W、Nb、Ti、Zr、Ta、C、
B、Cr、Mn、Hf、Re、Y、Ru、Ir、Ga、Si及びGeからなる
群から選ばれた少なくとも一種を合計で0.001 〜15質量
％含有し、残部がFe及び不可避的不純物からなるFe-Ni-
Al系合金を800 ℃以上の温度で溶体化処理することを特
徴とする。
法は、15 〜40質量％のNiと、1.5〜10質量％のAlとを含
有し、さらにBe、Cu、V、Mo、W、Nb、Ti、Zr、Ta、C、
B、Cr、Mn、Hf、Re、Y、Ru、Ir、Ga、Si及びGeからなる
群から選ばれた少なくとも一種を合計で0.001 〜15質量
％含有し、残部がFe及び不可避的不純物からなるFe-Ni-
Al系合金を800 ℃以上の温度で溶体化処理することを特
徴とする。
【００１５】本発明の第４のFe基形状記憶合金の製造方
法は、15 〜40質量％のNiと、1.5〜10質量％のAlと、30
質量％以下のCoとを含有し、さらにBe、Cu、V、Mo、W、
Nb、Ti、Zr、Ta、C、B、Cr、Mn、Hf、Re、Y、Ru、Ir、G
a、Si及びGeからなる群から選ばれた少なくとも一種を
合計で0.001 〜15質量％含有し、残部がFe及び不可避的
不純物からなるFe-Ni-Al系合金を800 ℃以上の温度で溶
体化処理することを特徴とする。
法は、15 〜40質量％のNiと、1.5〜10質量％のAlと、30
質量％以下のCoとを含有し、さらにBe、Cu、V、Mo、W、
Nb、Ti、Zr、Ta、C、B、Cr、Mn、Hf、Re、Y、Ru、Ir、G
a、Si及びGeからなる群から選ばれた少なくとも一種を
合計で0.001 〜15質量％含有し、残部がFe及び不可避的
不純物からなるFe-Ni-Al系合金を800 ℃以上の温度で溶
体化処理することを特徴とする。
【００１６】上記第１〜４のFe基形状記憶合金の製造方
法において、溶体化処理の後、さらに200 ℃以上 〜800
℃未満の温度で時効処理するのが好ましい。これによ
りNi3Al等のfcc及び／又はfct構造を有する規則相が析
出する。
法において、溶体化処理の後、さらに200 ℃以上 〜800
℃未満の温度で時効処理するのが好ましい。これによ
りNi3Al等のfcc及び／又はfct構造を有する規則相が析
出する。
【００１７】
【発明の実施の形態】[1] Fe-Ni-Al系合金の組成
(a) 基本組成
本発明のFe基形状記憶合金を構成するFe-Ni-Al系合金の
基本組成は、15 〜40質量％のNiと、1.5 〜10質量％のA
lとを含有し、残部はFeと不可避的不純物とからなる。
なお本明細書において、特段の断りがなければ各元素の
含有量は合金全体を基準（100質量％）とする。
基本組成は、15 〜40質量％のNiと、1.5 〜10質量％のA
lとを含有し、残部はFeと不可避的不純物とからなる。
なお本明細書において、特段の断りがなければ各元素の
含有量は合金全体を基準（100質量％）とする。
【００１８】Niを含有することにより、Fe基形状記憶合
金のマルテンサイト変態温度が下がり、母相（fcc相）
が安定化する。Niの含有量を15質量％未満にすると板状
マルテンサイト組織が生成しない。一方40質量％超にす
るとマルテンサイト変態温度が低下し過ぎ、実用温度域
で変態が現れないため、良好な形状記憶特性が得られな
い。好ましいNiの含有量は20 〜38質量％である。
金のマルテンサイト変態温度が下がり、母相（fcc相）
が安定化する。Niの含有量を15質量％未満にすると板状
マルテンサイト組織が生成しない。一方40質量％超にす
るとマルテンサイト変態温度が低下し過ぎ、実用温度域
で変態が現れないため、良好な形状記憶特性が得られな
い。好ましいNiの含有量は20 〜38質量％である。
【００１９】Alを含有することにより、後述する時効処
理によってNi3Al等のfcc及び／又はfct構造を有する規
則相が析出する。Fe基形状記憶合金が上記規則相を含有
することにより、母相が強化されるとともに形状記憶特
性が向上する。Alの含有量はNiの含有量によって変化す
るが、２ 〜８質量％であるのが好ましく、３ 〜８質量
％であるのがより好ましい。
理によってNi3Al等のfcc及び／又はfct構造を有する規
則相が析出する。Fe基形状記憶合金が上記規則相を含有
することにより、母相が強化されるとともに形状記憶特
性が向上する。Alの含有量はNiの含有量によって変化す
るが、２ 〜８質量％であるのが好ましく、３ 〜８質量
％であるのがより好ましい。
【００２０】(b) 基本組成以外の元素
Fe-Ni-Al系合金は、上記基本組成以外にCo元素を含有す
るのが好ましい。Coを含有することにより、母相の剛性
率が低下して変態歪みが減少し、その結果形状記憶特性
が向上する。Coの含有量は30質量％以下であるのが好ま
しく、0.01 〜15質量％であるのがより好ましい。Coの
含有量が30質量％を超えると、合金の冷間加工性が低下
する恐れがある。
るのが好ましい。Coを含有することにより、母相の剛性
率が低下して変態歪みが減少し、その結果形状記憶特性
が向上する。Coの含有量は30質量％以下であるのが好ま
しく、0.01 〜15質量％であるのがより好ましい。Coの
含有量が30質量％を超えると、合金の冷間加工性が低下
する恐れがある。
【００２１】Fe-Ni-Al系合金は、さらにBe、Cu、V、M
o、W、Nb、Ti、Zr、Ta、C、B、Cr、Mn、Hf、Re、Y、R
u、Ir、Ga、Si及びGeからなる群から選ばれた少なくと
も一種を含有することができる。これらの元素の含有量
は合計で0.001 〜15質量％であるのが好ましく、0.001
〜12質量％であるのがより好ましく、0.001 〜10質量％
であるのがさらに好ましい。これらの元素は、結晶粒を
微細化してFe基形状記憶合金の強度を上げる効果を有す
る。但しこれら元素の合計含有量が15質量％を超えると
合金が脆化する恐れがある。
o、W、Nb、Ti、Zr、Ta、C、B、Cr、Mn、Hf、Re、Y、R
u、Ir、Ga、Si及びGeからなる群から選ばれた少なくと
も一種を含有することができる。これらの元素の含有量
は合計で0.001 〜15質量％であるのが好ましく、0.001
〜12質量％であるのがより好ましく、0.001 〜10質量％
であるのがさらに好ましい。これらの元素は、結晶粒を
微細化してFe基形状記憶合金の強度を上げる効果を有す
る。但しこれら元素の合計含有量が15質量％を超えると
合金が脆化する恐れがある。
【００２２】Be又はCuを添加することにより固溶強化が
起こって母相の強度が上がり、形状記憶特性が向上す
る。Be及びCuの好ましい含有量は１質量％以下である。
起こって母相の強度が上がり、形状記憶特性が向上す
る。Be及びCuの好ましい含有量は１質量％以下である。
【００２３】Ti、Zr、Ta、V、Mo、W、Nb、Hf、Re、Ru、
Ir、Ga、Si及びGeは母相の積相欠陥エネルギーを低下さ
せ、板状マルテンサイト組織を生成しやすくする元素で
ある。またこれらの元素はNiとの金属間化合物相を析出
して母相を強化する作用を有する。Ti、Zr、Ta、V、M
o、W、Nb、Hf、Re、Ru、Ir、Ga、Si及びGeの好ましい含
有量は10質量％以下である。Siのより好ましい含有量は
0.001質量％以上 〜1.5質量％未満である。またTiのよ
り好ましい含有量は0.001質量％以上 〜2.5質量％未満
である。
Ir、Ga、Si及びGeは母相の積相欠陥エネルギーを低下さ
せ、板状マルテンサイト組織を生成しやすくする元素で
ある。またこれらの元素はNiとの金属間化合物相を析出
して母相を強化する作用を有する。Ti、Zr、Ta、V、M
o、W、Nb、Hf、Re、Ru、Ir、Ga、Si及びGeの好ましい含
有量は10質量％以下である。Siのより好ましい含有量は
0.001質量％以上 〜1.5質量％未満である。またTiのよ
り好ましい含有量は0.001質量％以上 〜2.5質量％未満
である。
【００２４】BをTiとともに添加することにより、結晶
組織の微細化効果が向上する。Bの好ましい含有量は１
質量％以下である。
組織の微細化効果が向上する。Bの好ましい含有量は１
質量％以下である。
【００２５】Cを添加することによりマルテンサイト組
織の変態歪みが減少し、形状記憶特性が向上するととも
にMs点が低下するので、比較的高価なNiの含有量を減ら
すことができる。Cの好ましい含有量は１質量％以下で
ある。またCをTiとともに添加することによりTiCが析出
し、結晶組織の微細化効果が向上する。
織の変態歪みが減少し、形状記憶特性が向上するととも
にMs点が低下するので、比較的高価なNiの含有量を減ら
すことができる。Cの好ましい含有量は１質量％以下で
ある。またCをTiとともに添加することによりTiCが析出
し、結晶組織の微細化効果が向上する。
【００２６】Cr及びYは耐摩耗性及び耐食性を維持する
のに有効な元素である。Cr及びYの好ましい含有量は10
質量％以下である。
のに有効な元素である。Cr及びYの好ましい含有量は10
質量％以下である。
【００２７】Mnを添加することによりMs点が低下するの
で、比較的高価なNiの含有量を減らすことができる。Mn
の好ましい含有量は５質量％以下である。
で、比較的高価なNiの含有量を減らすことができる。Mn
の好ましい含有量は５質量％以下である。
【００２８】[2] Fe基形状記憶合金の製造方法
(a) Fe-Ni-Al系合金の成形
上記組成のFe-Ni-Al系合金を溶解鋳造し、熱間加工（熱
間圧延等）、冷間加工（冷間圧延等）、プレス等の加工
により所望の形状に成形する。上記組成のFe-Ni-Al系合
金は熱間加工性及び冷間加工性に富み、極細線、箔等各
種形状に容易に成形することができる。
間圧延等）、冷間加工（冷間圧延等）、プレス等の加工
により所望の形状に成形する。上記組成のFe-Ni-Al系合
金は熱間加工性及び冷間加工性に富み、極細線、箔等各
種形状に容易に成形することができる。
【００２９】(b) 溶体化処理
次に固溶体温度範囲まで加熱し、結晶組織をオーステナ
イト（fcc相）に変態させた後、急冷する溶体化処理を
行う。溶体化処理は800 ℃以上の温度で行う。処理温度
は900 〜1400 ℃であるのが好ましい。処理温度での保
持時間は0.1分以上であれば良いが、60分を超えると酸
化の影響が無視できなくなるので、0.1 〜60分であるの
が好ましい。加熱処理後、50 ℃／秒以上の速度で急冷
することにより、マルテンサイト組織が得られる。冷却
速度を50 ℃／秒未満にすると、β相（B2構造のβ相）
が析出してしまい、形状記憶性が得られない。好ましい
冷却速度は200 ℃／秒以上である。急冷は水等の冷媒に
入れるか、又は強制空冷により行う。
イト（fcc相）に変態させた後、急冷する溶体化処理を
行う。溶体化処理は800 ℃以上の温度で行う。処理温度
は900 〜1400 ℃であるのが好ましい。処理温度での保
持時間は0.1分以上であれば良いが、60分を超えると酸
化の影響が無視できなくなるので、0.1 〜60分であるの
が好ましい。加熱処理後、50 ℃／秒以上の速度で急冷
することにより、マルテンサイト組織が得られる。冷却
速度を50 ℃／秒未満にすると、β相（B2構造のβ相）
が析出してしまい、形状記憶性が得られない。好ましい
冷却速度は200 ℃／秒以上である。急冷は水等の冷媒に
入れるか、又は強制空冷により行う。
【００３０】(c) 時効処理
溶体化処理のみでも良好な形状記憶特性は得られるが、
時効処理を行うことにより、Ni3Al等のfcc及び／又はfc
t構造を有する規則相が現れ、母相が強化されるととも
に、形状記憶特性が向上するので好ましい。時効処理は
200 ℃以上 〜800 ℃未満の温度で行う。200 ℃未満で
処理すると、上記規則相の析出が不十分となる。一方80
0 ℃以上で処理すると、安定相であるβ相が析出する。
時効処理を行うことにより、Ni3Al等のfcc及び／又はfc
t構造を有する規則相が現れ、母相が強化されるととも
に、形状記憶特性が向上するので好ましい。時効処理は
200 ℃以上 〜800 ℃未満の温度で行う。200 ℃未満で
処理すると、上記規則相の析出が不十分となる。一方80
0 ℃以上で処理すると、安定相であるβ相が析出する。
【００３１】時効処理時間はFe基形状記憶合金の組成及
び処理温度により異なるが、１分間以上であるのが好ま
しく、30分間 〜100時間であるのがより好ましい。時効
処理時間が１分間未満では効果が不十分である。一方時
効処理時間を無用に長くすると（例えば数百時間）、β
相が析出して形状記憶性が消失する恐れがある。
び処理温度により異なるが、１分間以上であるのが好ま
しく、30分間 〜100時間であるのがより好ましい。時効
処理時間が１分間未満では効果が不十分である。一方時
効処理時間を無用に長くすると（例えば数百時間）、β
相が析出して形状記憶性が消失する恐れがある。
【００３２】[3] Fe基形状記憶合金の特性
本発明のFe基形状記憶合金は、板状マルテンサイト組織
を有し、実用温度域で安定かつ良好な形状記憶特性及び
超弾性を有する。特に時効処理した場合には形状回復率
は概ね30％以上であり、さらにCoを含有する場合には概
ね50％以上である。また降伏応力（0.2％耐力）は概ね2
50 MPa以上であり、特に時効処理した場合には概ね450
MPa以上である。さらに本発明のFe基形状記憶合金は良
好な硬度、引張強度及び破断伸びを有するため、加工性
に優れている。
を有し、実用温度域で安定かつ良好な形状記憶特性及び
超弾性を有する。特に時効処理した場合には形状回復率
は概ね30％以上であり、さらにCoを含有する場合には概
ね50％以上である。また降伏応力（0.2％耐力）は概ね2
50 MPa以上であり、特に時効処理した場合には概ね450
MPa以上である。さらに本発明のFe基形状記憶合金は良
好な硬度、引張強度及び破断伸びを有するため、加工性
に優れている。
【００３３】
【実施例】本発明を以下の実施例によりさらに詳細に説
明するが、本発明はこれらの例に限定されるものではな
い。
明するが、本発明はこれらの例に限定されるものではな
い。
【００３４】実施例１
表１に示すサンプル１〜13の組成を有するFe-Ni-Al系合
金を溶解し、140 ℃／分の冷却速度で凝固して、直径20
mm×長さ120 mmの円柱状鋳塊を作製した。この鋳塊を1
200 ℃で４倍に熱間圧延し、次いで10倍に冷間圧延し
て、厚さ0.2 mmの板材を作製した。各板材を1300 ℃で1
0分間加熱処理した後、氷水中へ投入して急冷した（溶
体化処理）。次いで600 ℃で時効処理を行い、Fe基形状
記憶合金の板状サンプルを得た。時効処理時間は表１に
示す通りである。
金を溶解し、140 ℃／分の冷却速度で凝固して、直径20
mm×長さ120 mmの円柱状鋳塊を作製した。この鋳塊を1
200 ℃で４倍に熱間圧延し、次いで10倍に冷間圧延し
て、厚さ0.2 mmの板材を作製した。各板材を1300 ℃で1
0分間加熱処理した後、氷水中へ投入して急冷した（溶
体化処理）。次いで600 ℃で時効処理を行い、Fe基形状
記憶合金の板状サンプルを得た。時効処理時間は表１に
示す通りである。
【００３５】
【表１】
【００３６】得られた各板材の物性を以下の方法で測定
した。測定結果を表２及び表３に示す。
した。測定結果を表２及び表３に示す。
【００３７】(1) 硬さ（ビッカーズ硬度）
マイクロビッカーズ硬度計（（株）明石製作所製MVK-H
1）を用いた。 (2) 形状回復率 各板材を液体窒素中で直径10 mmの丸棒に巻きつけ、液
体窒素から取り出し、曲がった状態での曲率半径R0 を
測定した。次に曲がった板材を600 ℃に加熱し、形状回
復を起こさせた後の曲率半径R1 を測定し、次式： 形状回復率（％）＝100 ×（R1−R0）／R1 により、形状回復率を算出した。 (3) 引張試験 JIS Z 2241に準拠し、引張強さ、破断伸び及び降伏応力
（0.2％耐力）を求めた。
1）を用いた。 (2) 形状回復率 各板材を液体窒素中で直径10 mmの丸棒に巻きつけ、液
体窒素から取り出し、曲がった状態での曲率半径R0 を
測定した。次に曲がった板材を600 ℃に加熱し、形状回
復を起こさせた後の曲率半径R1 を測定し、次式： 形状回復率（％）＝100 ×（R1−R0）／R1 により、形状回復率を算出した。 (3) 引張試験 JIS Z 2241に準拠し、引張強さ、破断伸び及び降伏応力
（0.2％耐力）を求めた。
【００３８】
【表２】
【００３９】
【表３】
【００４０】表２及び表３からわかるように、サンプル
１〜13のいずれもが良好な形状記憶特性を示した。特に
Co元素を含有するサンプル４〜10は、Coを含有しない板
材に比べて高い形状回復率を示した。また時効処理を行
ったサンプル２、３、５、６、７、８、９、10、11、12
及び13は、時効処理を行わなかった板材に比べて形状回
復率が著しく向上しているとともに、ビッカーズ硬度、
引張強さ及び降伏応力も向上していることがわかる。サ
ンプル５の板材を光学顕微鏡で観察したところ（図１参
照、80倍）、板状のマルテンサイト組織が生成している
のが観察された。
１〜13のいずれもが良好な形状記憶特性を示した。特に
Co元素を含有するサンプル４〜10は、Coを含有しない板
材に比べて高い形状回復率を示した。また時効処理を行
ったサンプル２、３、５、６、７、８、９、10、11、12
及び13は、時効処理を行わなかった板材に比べて形状回
復率が著しく向上しているとともに、ビッカーズ硬度、
引張強さ及び降伏応力も向上していることがわかる。サ
ンプル５の板材を光学顕微鏡で観察したところ（図１参
照、80倍）、板状のマルテンサイト組織が生成している
のが観察された。
【００４１】実施例２
表１に示すサンプル４と同じ組成のFe-Ni-Al系合金を実
施例１と同じ方法で板材に成形し、実施例１と同じ条件
で溶体化処理（焼入れ）した後、600 ℃で０時間、４時
間、13時間、36時間及び100時間の各時効処理を行っ
た。得られた各板材の形状回復率及びビッカーズ硬度を
実施例１と同じ方法で測定した。結果を図２に示す。図
２から明らかなように、溶体化処理（焼入れ）のみの板
材の形状回復率は10％未満であり、ビッカーズ硬度も低
いが、時効処理時間が長くなるにつれて、形状回復率及
びビッカーズ硬度ともに著しく向上した。また時効処理
を36時間行った板材を透過型電子顕微鏡で観察したとこ
ろ（図３参照、160,000倍）、数nm径の微細なfcc規則相
が析出していることが分かった。
施例１と同じ方法で板材に成形し、実施例１と同じ条件
で溶体化処理（焼入れ）した後、600 ℃で０時間、４時
間、13時間、36時間及び100時間の各時効処理を行っ
た。得られた各板材の形状回復率及びビッカーズ硬度を
実施例１と同じ方法で測定した。結果を図２に示す。図
２から明らかなように、溶体化処理（焼入れ）のみの板
材の形状回復率は10％未満であり、ビッカーズ硬度も低
いが、時効処理時間が長くなるにつれて、形状回復率及
びビッカーズ硬度ともに著しく向上した。また時効処理
を36時間行った板材を透過型電子顕微鏡で観察したとこ
ろ（図３参照、160,000倍）、数nm径の微細なfcc規則相
が析出していることが分かった。
【００４２】
【発明の効果】以上詳述した通り、本発明のFe基形状記
憶合金は、実用温度域で安定かつ良好な形状記憶特性を
有する。さらに本発明のFe基形状記憶合金はFe-Ni-Al系
合金からなるため材料コストが低い上、加工性及び耐食
性に優れるため、線材、板材、箔及びパイプ等多様な形
状の製品を安価に製造することができる。
憶合金は、実用温度域で安定かつ良好な形状記憶特性を
有する。さらに本発明のFe基形状記憶合金はFe-Ni-Al系
合金からなるため材料コストが低い上、加工性及び耐食
性に優れるため、線材、板材、箔及びパイプ等多様な形
状の製品を安価に製造することができる。
【図１】 実施例１のサンプル５のFe基形状記憶合金板
材の板状マルテンサイト組織を示す光学顕微鏡写真であ
る。
材の板状マルテンサイト組織を示す光学顕微鏡写真であ
る。
【図２】 実施例２における時効処理時間と形状回復率
及びビッカーズ硬度との関係を示すグラフである。
及びビッカーズ硬度との関係を示すグラフである。
【図３】 実施例２において時効処理を36時間行ったFe
基形状記憶合金板材の透過型電子顕微鏡写真である。
基形状記憶合金板材の透過型電子顕微鏡写真である。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 檜室 義幸
栃木県河内郡南河内町緑６丁目27−11
Claims (10)
- 【請求項１】 15 〜40質量％のNiと、1.5 〜10質量％
のAlとを含有し、残部がFe及び不可避的不純物からなる
ことを特徴とするFe基形状記憶合金。 - 【請求項２】 15 〜40質量％のNiと、1.5 〜10質量％
のAlと、30質量％以下のCoとを含有し、残部がFe及び不
可避的不純物からなることを特徴とするFe基形状記憶合
金。 - 【請求項３】 15 〜40質量％のNiと、1.5 〜10質量％
のAlとを含有し、さらにBe、Cu、V、Mo、W、Nb、Ti、Z
r、Ta、C、B、Cr、Mn、Hf、Re、Y、Ru、Ir、Ga、Si及び
Geからなる群から選ばれた少なくとも一種を合計で0.00
1 〜15質量％含有し、残部がFe及び不可避的不純物から
なることを特徴とするFe基形状記憶合金。 - 【請求項４】 15 〜40質量％のNiと、1.5 〜10質量％
のAlと、30質量％以下のCoとを含有し、さらにBe、Cu、
V、Mo、W、Nb、Ti、Zr、Ta、C、B、Cr、Mn、Hf、Re、
Y、Ru、Ir、Ga、Si及びGeからなる群から選ばれた少な
くとも一種を合計で0.001 〜15質量％含有し、残部がFe
及び不可避的不純物からなることを特徴とするFe基形状
記憶合金。 - 【請求項５】 請求項１〜４のいずれかに記載のFe基形
状記憶合金において、fcc及び／又はfct構造を有する規
則相を含有することを特徴とするFe基形状記憶合金。 - 【請求項６】 15 〜40質量％のNiと、1.5 〜10質量％
のAlとを含有し、残部がFe及び不可避的不純物からなる
Fe-Ni-Al系合金を800 ℃以上の温度で溶体化処理するこ
とを特徴とするFe基形状記憶合金の製造方法。 - 【請求項７】 15 〜40質量％のNiと、1.5 〜10質量％
のAlと、30質量％以下のCoとを含有し、残部がFe及び不
可避的不純物からなるFe-Ni-Al系合金を800 ℃以上の温
度で溶体化処理することを特徴とするFe基形状記憶合金
の製造方法。 - 【請求項８】 15 〜40質量％のNiと、1.5 〜10質量％
のAlとを含有し、さらにBe、Cu、V、Mo、W、Nb、Ti、Z
r、Ta、C、B、Cr、Mn、Hf、Re、Y、Ru、Ir、Ga、Si及び
Geからなる群から選ばれた少なくとも一種を合計で0.00
1 〜15質量％含有し、残部がFe及び不可避的不純物から
なるFe-Ni-Al系合金を800 ℃以上の温度で溶体化処理す
ることを特徴とするFe基形状記憶合金の製造方法。 - 【請求項９】 15 〜40質量％のNiと、1.5 〜10質量％
のAlと、30質量％以下のCoとを含有し、さらにBe、Cu、
V、Mo、W、Nb、Ti、Zr、Ta、C、B、Cr、Mn、Hf、Re、
Y、Ru、Ir、Ga、Si及びGeからなる群から選ばれた少な
くとも一種を合計で0.001 〜15質量％含有し、残部がFe
及び不可避的不純物からなるFe-Ni-Al系合金を800 ℃以
上の温度で溶体化処理することを特徴とするFe基形状記
憶合金の製造方法。 - 【請求項10】 請求項６〜９のいずれかに記載のFe基形
状記憶合金の製造方法において、前記溶体化処理の後、
さらに200 ℃以上 〜800 ℃未満の温度で時効処理する
ことを特徴とするFe基形状記憶合金の製造方法。
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|---|---|---|---|
| JP2002068241A JP3907177B2 (ja) | 2002-03-13 | 2002-03-13 | Ｆｅ基形状記憶合金及びその製造方法 |
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|---|---|
| JP2003268501A true JP2003268501A (ja) | 2003-09-25 |
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|---|---|---|---|---|
| JP2005273015A (ja) * | 2004-03-16 | 2005-10-06 | General Electric Co <Ge> | タービンエンジン部品用の耐エロージョン・耐摩耗性保護構造体 |
| WO2007055155A1 (ja) | 2005-11-09 | 2007-05-18 | Japan Science And Technology Agency | 形状記憶性及び超弾性を有する鉄系合金及びその製造方法 |
| WO2008139829A1 (ja) | 2007-05-09 | 2008-11-20 | Japan Science And Technology Agency | ガイドワイヤ及びステント |
| WO2011046055A1 (ja) | 2009-10-14 | 2011-04-21 | 独立行政法人科学技術振興機構 | Fe基形状記憶合金及びその製造方法 |
| CN103233159A (zh) * | 2013-04-07 | 2013-08-07 | 南昌大学 | 多晶铁基形状记忆超弹性合金及其制备方法 |
| JP2013155431A (ja) * | 2012-01-31 | 2013-08-15 | Toyota Central R&D Labs Inc | 鉄合金 |
| CN106555128A (zh) * | 2016-11-21 | 2017-04-05 | 常熟市张桥华丰铸造五金厂 | 一种抗腐蚀高强度铸件 |
| US10920305B2 (en) | 2016-09-06 | 2021-02-16 | Tohoku University | Fe-based shape memory alloy material and method of producing the same |
| WO2021129593A1 (zh) * | 2019-12-25 | 2021-07-01 | 南京龙浩新材料科技有限公司 | 一种多元铁基形状记忆合金及其制备方法 |
| CN113564441A (zh) * | 2021-07-19 | 2021-10-29 | 哈尔滨工程大学 | 一种具有超弹性的Fe-Ni-Co-Al-W合金及其制备方法 |
| CN115491561A (zh) * | 2022-08-23 | 2022-12-20 | 西安工业大学 | 一种用于柴油机缸盖的高韧高导三组元合金及制备方法 |
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|---|---|---|---|---|
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-
2002
- 2002-03-13 JP JP2002068241A patent/JP3907177B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|---|---|---|
| JP2005273015A (ja) * | 2004-03-16 | 2005-10-06 | General Electric Co <Ge> | タービンエンジン部品用の耐エロージョン・耐摩耗性保護構造体 |
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| EP1961830A1 (en) * | 2005-11-09 | 2008-08-27 | Japan Science and Technology Agency | Iron-based alloy having shape-memory property and superelasticity and method for manufacture thereof |
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| WO2008139829A1 (ja) | 2007-05-09 | 2008-11-20 | Japan Science And Technology Agency | ガイドワイヤ及びステント |
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| WO2011046055A1 (ja) | 2009-10-14 | 2011-04-21 | 独立行政法人科学技術振興機構 | Fe基形状記憶合金及びその製造方法 |
| JP5005834B2 (ja) * | 2009-10-14 | 2012-08-22 | 独立行政法人科学技術振興機構 | Ｆｅ基形状記憶合金及びその製造方法 |
| JP2013155431A (ja) * | 2012-01-31 | 2013-08-15 | Toyota Central R&D Labs Inc | 鉄合金 |
| CN103233159A (zh) * | 2013-04-07 | 2013-08-07 | 南昌大学 | 多晶铁基形状记忆超弹性合金及其制备方法 |
| US10920305B2 (en) | 2016-09-06 | 2021-02-16 | Tohoku University | Fe-based shape memory alloy material and method of producing the same |
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