JP2003277827A - ＮｂＣ添加Ｆｅ−Ｍｎ−Ｓｉ系形状記憶合金の加工熱処理方法 - Google Patents
ＮｂＣ添加Ｆｅ−Ｍｎ−Ｓｉ系形状記憶合金の加工熱処理方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 トレーニングという特殊処理を施さなくても
形状記憶特性を示すＮｂＣ添加Ｆｅ-Ｍｎ-Ｓ-ｉ系形状
記憶合金を提供する。 【解決手段】 Ｎｂ及びＣが添加されたＦｅ-Ｍｎ-Ｓ-
ｉ系形状記憶合金をオーステナイト状態において５００
〜８００℃の温度範囲で１０〜３０％の圧延加工を行っ
た後、４００〜１０００℃の温度範囲で１分〜２時間の
加熱による時効熱処理を行う。
形状記憶特性を示すＮｂＣ添加Ｆｅ-Ｍｎ-Ｓ-ｉ系形状
記憶合金を提供する。 【解決手段】 Ｎｂ及びＣが添加されたＦｅ-Ｍｎ-Ｓ-
ｉ系形状記憶合金をオーステナイト状態において５００
〜８００℃の温度範囲で１０〜３０％の圧延加工を行っ
た後、４００〜１０００℃の温度範囲で１分〜２時間の
加熱による時効熱処理を行う。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この出願の発明は、ＮｂＣ添
加Ｆｅ-Ｍｎ-Ｓｉ系形状記憶合金の加工熱処理方法に関
するものである。さらに詳しくは、この出願の発明は、
トレーニングなしでも良好な形状記憶特性を示すＮｂＣ
添加Ｆｅ-Ｍｎ-Ｓｉ系形状記憶合金の形状記憶特性をさ
らに高めることができる、ＮｂＣ添加Ｆｅ-Ｍｎ-Ｓｉ系
形状記憶合金の加工熱処理方法に関するものである。
加Ｆｅ-Ｍｎ-Ｓｉ系形状記憶合金の加工熱処理方法に関
するものである。さらに詳しくは、この出願の発明は、
トレーニングなしでも良好な形状記憶特性を示すＮｂＣ
添加Ｆｅ-Ｍｎ-Ｓｉ系形状記憶合金の形状記憶特性をさ
らに高めることができる、ＮｂＣ添加Ｆｅ-Ｍｎ-Ｓｉ系
形状記憶合金の加工熱処理方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術とその課題】Ｆｅ-Ｍｎ-Ｓｉ系形状記憶合
金は１９８０年代初めに日本で発明されたが、この合金
が広く普及していない最大の理由はこの合金がトレーニ
ングといわれる特殊な加工熱処理をしなければ十分な形
状記憶合金効果を示さないことにある。トレーニングと
は、室温で２〜３％の変形を施した後、逆変態点以上の
６００℃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。ごく最近，我々はこのＦｅ-Ｍｎ-Ｓｉ系形
状記憶合金にＮｂとＣ元素を少量添加し適当な時効加熱
処理により、微細なＮｂＣ炭化物を析出させることによ
ってトレーニングなしで十分良好な形状記憶効果を示す
ことを見出し出願した（特願２０００−３２４７８）。
また、ＮｂＣ添加のＦｅ-Ｍｎ-Ｓｉ形状記憶合金をオー
ステナイト状態で加工した後、時効すると更に優れた形
状記憶特性が得られることも新たに発見して特許出願し
ている（特願２００１−２９６９０１）。この出願の発
明は、これら先願発明をさらに改善しようとしたもので
ある。すなわち、ＮｂＣ添加Ｆｅ-Ｍｎ-Ｓｉ系形状記憶
合金の圧延率を種々変化させ形状記憶特性が最も良好な
部分を探索することによって圧延効率を高めようとした
ものである。
金は１９８０年代初めに日本で発明されたが、この合金
が広く普及していない最大の理由はこの合金がトレーニ
ングといわれる特殊な加工熱処理をしなければ十分な形
状記憶合金効果を示さないことにある。トレーニングと
は、室温で２〜３％の変形を施した後、逆変態点以上の
６００℃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。ごく最近，我々はこのＦｅ-Ｍｎ-Ｓｉ系形
状記憶合金にＮｂとＣ元素を少量添加し適当な時効加熱
処理により、微細なＮｂＣ炭化物を析出させることによ
ってトレーニングなしで十分良好な形状記憶効果を示す
ことを見出し出願した（特願２０００−３２４７８）。
また、ＮｂＣ添加のＦｅ-Ｍｎ-Ｓｉ形状記憶合金をオー
ステナイト状態で加工した後、時効すると更に優れた形
状記憶特性が得られることも新たに発見して特許出願し
ている（特願２００１−２９６９０１）。この出願の発
明は、これら先願発明をさらに改善しようとしたもので
ある。すなわち、ＮｂＣ添加Ｆｅ-Ｍｎ-Ｓｉ系形状記憶
合金の圧延率を種々変化させ形状記憶特性が最も良好な
部分を探索することによって圧延効率を高めようとした
ものである。
【０００３】
【課題を解決するための手段】この出願の発明者らは、
先に出願したＮｂＣ添加Ｆｅ-Ｍｎ-Ｓｉ系形状記憶合金
の形状記憶特性のさらなる向上について鋭意研究した結
果、４００〜１０００℃の温度範囲で１分〜２時間の加
熱による時効処理を行い、ＮｂＣを析出させるに先立
ち、溶製後の合金に対してオーステナイト状態において
５００〜８００の温度範囲で１０〜３０％の圧延加工を
行うと、すべての変形量において形状回復率および形状
回復力が向上するとの知見を得たものである。すなわ
ち、この出願の発明は、第１には、Ｎｂ及びＣが添加さ
れたＦｅ-Ｍｎ-Ｓ-ｉ系形状記憶合金をオーステナイト
状態において５００〜８００℃の温度範囲で１０〜３０
％の圧延加工を行った後、４００〜１０００℃の温度範
囲で１分〜２時間の加熱による時効処理を行うことを特
徴とするＮｂＣ添加Ｆｅ-Ｍｎ-Ｓｉ系形状記憶合金の加
工熱処理方法を提供し、第２には、上記方法において、
Ｆｅ-Ｍｎ-Ｓｉ系形状記憶合金が、合金成分として、１
５〜４０重量％のＭｎ，３〜１５重量％のＳｉ，０．１
〜１．５重量％のＮｂ，及び０．０１〜０．２重量％の
Ｃを含み、残部がＦｅ及び不可避的不純物であり、Ｎｂ
とＣの原子比Ｎｂ／Ｃが１以上である、ＮｂＣ添加Ｆｅ
-Ｍｎ-Ｓｉ系形状記憶合金の加工熱処理方法を提供し、
また、この出願の発明は、第３には、ＮｂＣ添加Ｆｅ-
Ｍｎ-Ｓ-ｉ系形状記憶合金が合金成分として、５〜４０
重量％のＭｎ，３〜１５重量％のＳｉ，１〜２０重量％
のＣｒ，０．１〜１．５重量％Ｎｂ，及び０．０１〜
０．２重量％のＣを含み、残部がＦｅ及び不可避的不純
物であり、ＮｂとＣの原子比Ｎｂ／Ｃが１以上である請
求項１記載のＮｂＣ添加Ｆｅ-Ｍｎ-Ｓｉ系形状記憶合金
の加工熱処理方法を提供する。さらにこの出願の発明
は、第４には、ＮｂＣ添加Ｆｅ-Ｍｎ-Ｓｉ系形状記憶合
金が合金成分として、５〜４０重量％のＭｎ，３〜１５
重量％のＳｉ，１〜２０重量％のＣｒ、０．１〜２０重
量％のＮｉ，０．１〜１．５重量％Ｎｂ，及び０．０１
〜０．２重量％のＣを含み、残部がＦｅ及び不可避的不
純物であり、ＮｂとＣの原子比Ｎｂ／Ｃが１以上である
請求項１記載のＮｂＣ添加Ｆｅ-Ｍｎ-Ｓｉ系形状記憶合
金の加工熱処理方法を提供し、また、第５には、Ｎｂと
Ｃの原子比が１．０〜２．０である請求項２乃至４のい
ずれかに記載のＮｂＣ添加Ｆｅ-Ｍｎ-Ｓｉ系形状記憶合
金の加工熱処理方法を提供する。そして、この出願の発
明は第６には、ＮｂＣ添加Ｆｅ-Ｍｎ-Ｓｉ系形状記憶合
金が不純物成分として３重量％以下のＣｕ，２重量％以
下のＭｏ，１０重量％以下のＡｌ，３０重量％以下のＣ
ｏ，又は５０００ｐｐｍ以下のＮの少なくとも一種もし
くはそれ以上を含む請求項２乃至５のいずれかに記載の
ＮｂＣ添加Ｆｅ-Ｍｎ-Ｓｉ系形状記憶合金の加工熱処理
方法を提供するものである。
先に出願したＮｂＣ添加Ｆｅ-Ｍｎ-Ｓｉ系形状記憶合金
の形状記憶特性のさらなる向上について鋭意研究した結
果、４００〜１０００℃の温度範囲で１分〜２時間の加
熱による時効処理を行い、ＮｂＣを析出させるに先立
ち、溶製後の合金に対してオーステナイト状態において
５００〜８００の温度範囲で１０〜３０％の圧延加工を
行うと、すべての変形量において形状回復率および形状
回復力が向上するとの知見を得たものである。すなわ
ち、この出願の発明は、第１には、Ｎｂ及びＣが添加さ
れたＦｅ-Ｍｎ-Ｓ-ｉ系形状記憶合金をオーステナイト
状態において５００〜８００℃の温度範囲で１０〜３０
％の圧延加工を行った後、４００〜１０００℃の温度範
囲で１分〜２時間の加熱による時効処理を行うことを特
徴とするＮｂＣ添加Ｆｅ-Ｍｎ-Ｓｉ系形状記憶合金の加
工熱処理方法を提供し、第２には、上記方法において、
Ｆｅ-Ｍｎ-Ｓｉ系形状記憶合金が、合金成分として、１
５〜４０重量％のＭｎ，３〜１５重量％のＳｉ，０．１
〜１．５重量％のＮｂ，及び０．０１〜０．２重量％の
Ｃを含み、残部がＦｅ及び不可避的不純物であり、Ｎｂ
とＣの原子比Ｎｂ／Ｃが１以上である、ＮｂＣ添加Ｆｅ
-Ｍｎ-Ｓｉ系形状記憶合金の加工熱処理方法を提供し、
また、この出願の発明は、第３には、ＮｂＣ添加Ｆｅ-
Ｍｎ-Ｓ-ｉ系形状記憶合金が合金成分として、５〜４０
重量％のＭｎ，３〜１５重量％のＳｉ，１〜２０重量％
のＣｒ，０．１〜１．５重量％Ｎｂ，及び０．０１〜
０．２重量％のＣを含み、残部がＦｅ及び不可避的不純
物であり、ＮｂとＣの原子比Ｎｂ／Ｃが１以上である請
求項１記載のＮｂＣ添加Ｆｅ-Ｍｎ-Ｓｉ系形状記憶合金
の加工熱処理方法を提供する。さらにこの出願の発明
は、第４には、ＮｂＣ添加Ｆｅ-Ｍｎ-Ｓｉ系形状記憶合
金が合金成分として、５〜４０重量％のＭｎ，３〜１５
重量％のＳｉ，１〜２０重量％のＣｒ、０．１〜２０重
量％のＮｉ，０．１〜１．５重量％Ｎｂ，及び０．０１
〜０．２重量％のＣを含み、残部がＦｅ及び不可避的不
純物であり、ＮｂとＣの原子比Ｎｂ／Ｃが１以上である
請求項１記載のＮｂＣ添加Ｆｅ-Ｍｎ-Ｓｉ系形状記憶合
金の加工熱処理方法を提供し、また、第５には、Ｎｂと
Ｃの原子比が１．０〜２．０である請求項２乃至４のい
ずれかに記載のＮｂＣ添加Ｆｅ-Ｍｎ-Ｓｉ系形状記憶合
金の加工熱処理方法を提供する。そして、この出願の発
明は第６には、ＮｂＣ添加Ｆｅ-Ｍｎ-Ｓｉ系形状記憶合
金が不純物成分として３重量％以下のＣｕ，２重量％以
下のＭｏ，１０重量％以下のＡｌ，３０重量％以下のＣ
ｏ，又は５０００ｐｐｍ以下のＮの少なくとも一種もし
くはそれ以上を含む請求項２乃至５のいずれかに記載の
ＮｂＣ添加Ｆｅ-Ｍｎ-Ｓｉ系形状記憶合金の加工熱処理
方法を提供するものである。
【０００４】
【発明の実施の形態】この出願の発明は、圧延率を１０
~３０％に特定することによって形状記憶特性を著しく
向上させたものであるが、この発明で使用する形状記憶
合金材は以下のような化学組成（重量％）のものが使用
される。 ＜Ｆｅ−Ｍｎ−Ｓｉ＞ Ｍｎ：１５〜４０ Ｓｉ：３〜１５ Ｎｂ：０．１〜１．５ Ｃ ：０．０１〜０．２ Ｆｅ：残部 ＜Ｆｅ−Ｍｎ−Ｓｉ−Ｃｒ＞ Ｍｎ：５〜４０ Ｓｉ：３〜１５ Ｃｒ：１〜２０ Ｎｂ：０．１〜１．５ Ｃ ：０．０１〜０．２ Ｆｅ：残部 ＜Ｆｅ−Ｍｎ−Ｓｉ−Ｃｒ−Ｎｉ＞ Ｍｎ：５〜４０ Ｓｉ：３〜１５ Ｃｒ：１〜２０ Ｎｉ：０．１〜２０ Ｎｂ：０．１〜１．５ Ｃ ：０．０１〜０．２ Ｆｅ：残部 上記，いずれの合金においてもニオブと炭素の原子比Ｎ
ｂ／Ｃは１以上、より好ましくは１．０〜１．２である
ことが必要である。そして、さらに不純物として 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、本願発明のいず
れの方法においても不可避的不純物の混入は許容され
る。
~３０％に特定することによって形状記憶特性を著しく
向上させたものであるが、この発明で使用する形状記憶
合金材は以下のような化学組成（重量％）のものが使用
される。 ＜Ｆｅ−Ｍｎ−Ｓｉ＞ Ｍｎ：１５〜４０ Ｓｉ：３〜１５ Ｎｂ：０．１〜１．５ Ｃ ：０．０１〜０．２ Ｆｅ：残部 ＜Ｆｅ−Ｍｎ−Ｓｉ−Ｃｒ＞ Ｍｎ：５〜４０ Ｓｉ：３〜１５ Ｃｒ：１〜２０ Ｎｂ：０．１〜１．５ Ｃ ：０．０１〜０．２ Ｆｅ：残部 ＜Ｆｅ−Ｍｎ−Ｓｉ−Ｃｒ−Ｎｉ＞ Ｍｎ：５〜４０ Ｓｉ：３〜１５ Ｃｒ：１〜２０ Ｎｉ：０．１〜２０ Ｎｂ：０．１〜１．５ Ｃ ：０．０１〜０．２ Ｆｅ：残部 上記，いずれの合金においてもニオブと炭素の原子比Ｎ
ｂ／Ｃは１以上、より好ましくは１．０〜１．２である
ことが必要である。そして、さらに不純物として 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、本願発明のいず
れの方法においても不可避的不純物の混入は許容され
る。
【０００５】この出願の発明のＮｂＣ添加Ｆｅ-Ｍｎ-Ｓ
ｉ系形状記憶合金の加工熱処理方法では、前述のとお
り、ＮｂおよびＣが添加されたＮｂＣ添加Ｆｅ-Ｍｎ-Ｓ
-ｉ系形状記憶合金をオーステナイト状態において５０
０〜８００℃の温度範囲で１０〜３０％の圧延加工を行
った後、４００〜１０００℃の温度範囲で１分〜２時間
の加熱による時効処理を行う。４００〜１０００℃の温
度範囲で１分〜２時間の加熱による時効処理を行い、Ｎ
ｂＣを析出させるに先立ち、溶製後の合金に対してオー
ステナイト状態において６００〜８００℃の温度範囲で
１０〜３０％の圧延加工（いわゆる温間加工）を行う
と、すべての変形量において形状回復率が向上する。実
用的に必要とされる変形量は約４％であるが、この出願
の発明はこれより大きい変形量においても十分良好な形
状回復率を示しており実用合金として使用可能である。
また、それに伴って形状回復力も増大している。形状回
復力は、実用上重要な形状記憶特性の一つである。
ｉ系形状記憶合金の加工熱処理方法では、前述のとお
り、ＮｂおよびＣが添加されたＮｂＣ添加Ｆｅ-Ｍｎ-Ｓ
-ｉ系形状記憶合金をオーステナイト状態において５０
０〜８００℃の温度範囲で１０〜３０％の圧延加工を行
った後、４００〜１０００℃の温度範囲で１分〜２時間
の加熱による時効処理を行う。４００〜１０００℃の温
度範囲で１分〜２時間の加熱による時効処理を行い、Ｎ
ｂＣを析出させるに先立ち、溶製後の合金に対してオー
ステナイト状態において６００〜８００℃の温度範囲で
１０〜３０％の圧延加工（いわゆる温間加工）を行う
と、すべての変形量において形状回復率が向上する。実
用的に必要とされる変形量は約４％であるが、この出願
の発明はこれより大きい変形量においても十分良好な形
状回復率を示しており実用合金として使用可能である。
また、それに伴って形状回復力も増大している。形状回
復力は、実用上重要な形状記憶特性の一つである。
【０００６】この出願の発明のＮｂＣ添加Ｆｅ-Ｍｎ-Ｓ
ｉ系形状記憶合金の加工熱処理方法において、前記時効
処理の前に行う圧延加工時の温度範囲を５００〜８００
℃と限定したのは、５００℃未満の温度では応力誘起マ
ルテンサイトが生じ、また、８００℃を超える温度では
動的再結晶が起こり、形状記憶特性の改善に有効となら
ないからである。
ｉ系形状記憶合金の加工熱処理方法において、前記時効
処理の前に行う圧延加工時の温度範囲を５００〜８００
℃と限定したのは、５００℃未満の温度では応力誘起マ
ルテンサイトが生じ、また、８００℃を超える温度では
動的再結晶が起こり、形状記憶特性の改善に有効となら
ないからである。
【０００７】また、この出願の発明は圧延加工率を１０
〜３０％にすることによって、図１および図２に示され
ているように５回トレーニングをおこなったものと同じ
程度の形状回復率とそれ以上の形状回復力を有している
ことからも分かるようにこの出願の発明の効果は明らか
である。
〜３０％にすることによって、図１および図２に示され
ているように５回トレーニングをおこなったものと同じ
程度の形状回復率とそれ以上の形状回復力を有している
ことからも分かるようにこの出願の発明の効果は明らか
である。
【０００８】そして、この出願の発明のＮｂＣ添加Ｆｅ
-Ｍｎ-Ｓｉ系形状記憶合金の加工熱処理方法において、
前記圧延加工後に行う時効処理の温度範囲が、前述の特
許出願の発明における温度範囲より低く設定されている
が、これは、時効処理前の圧延加工により母相に歪みが
蓄積されていることに起因する。
-Ｍｎ-Ｓｉ系形状記憶合金の加工熱処理方法において、
前記圧延加工後に行う時効処理の温度範囲が、前述の特
許出願の発明における温度範囲より低く設定されている
が、これは、時効処理前の圧延加工により母相に歪みが
蓄積されていることに起因する。
【０００９】
【実施例】この出願の発明を図１および図２に沿ってさ
らに詳しく説明する。まず、この発明のＦｅ-２８Ｍｎ-
６Ｓｉ-５Ｃｒ，Ｎｂ及びＣが添加されたＦｅ-Ｍｎ-Ｓ
ｉ系形状記憶合金をオーステナイト状態において５００
〜８００℃の温度範囲で１０〜３０％の圧延加工を行っ
た後、４００〜１０００℃の温度範囲で１分〜２時間の
加熱による時効処理を行うことによって形状記憶性がい
かに改善されるかを以下に示す。
らに詳しく説明する。まず、この発明のＦｅ-２８Ｍｎ-
６Ｓｉ-５Ｃｒ，Ｎｂ及びＣが添加されたＦｅ-Ｍｎ-Ｓ
ｉ系形状記憶合金をオーステナイト状態において５００
〜８００℃の温度範囲で１０〜３０％の圧延加工を行っ
た後、４００〜１０００℃の温度範囲で１分〜２時間の
加熱による時効処理を行うことによって形状記憶性がい
かに改善されるかを以下に示す。
【００１０】図１は時効のみを施した場合（０％圧延）
と６００℃で６％，１４％，２０％で圧延した後で時効
した場合の形状回復率の違いを示したグラフである。時
効は、いずれも８００℃で１０分間行った。比較のため
にＮｂＣを添加しないＦｅ-２８Ｍｎ-６Ｓｉ-５Ｃｒ合
金について、焼鈍したままの資料と５回トレーニングし
た試料の結果を示してある。横軸は室温における引張り
変形による変形量であり、縦軸の回復率は試料を６００
℃に加熱した場合の伸びの形状回復率である。４００℃
まで加熱した場合もこれとほぼ同一の形状回復率が得ら
れる．用いた資料片の形状は厚さ０．６ｍｍ、幅１−４
ｍｍ、長さ（ゲージ長）１５ｍｍである。この図から分
かるように、１４％，２０％の圧延した試料はその形状
記憶回復率が、５回トレーニングしたＮｂＣ無添加の合
金と全く同程度のものとなっている。
と６００℃で６％，１４％，２０％で圧延した後で時効
した場合の形状回復率の違いを示したグラフである。時
効は、いずれも８００℃で１０分間行った。比較のため
にＮｂＣを添加しないＦｅ-２８Ｍｎ-６Ｓｉ-５Ｃｒ合
金について、焼鈍したままの資料と５回トレーニングし
た試料の結果を示してある。横軸は室温における引張り
変形による変形量であり、縦軸の回復率は試料を６００
℃に加熱した場合の伸びの形状回復率である。４００℃
まで加熱した場合もこれとほぼ同一の形状回復率が得ら
れる．用いた資料片の形状は厚さ０．６ｍｍ、幅１−４
ｍｍ、長さ（ゲージ長）１５ｍｍである。この図から分
かるように、１４％，２０％の圧延した試料はその形状
記憶回復率が、５回トレーニングしたＮｂＣ無添加の合
金と全く同程度のものとなっている。
【００１１】図１を見ると先願発明（特願２００１−２
９６９０１）において示された実施例である６％圧延の
場合は、歪の大きい範囲ではトレーニングした試料と比
べてやや劣っている。実用的に必要な変形量は約４％で
あると考えられている。この変形においても９５％の形
状記憶回復率を示していることは、６％圧延でも実用合
金として使用可能なことを強く示唆している。これと同
じ形状回復率をＮｂＣ無添加の通常のＦｅ-Ｍｎ-Ｓｉ基
形状記憶合金で得られるためには少なくとも５回のトレ
ーニングが必要である。形状回復力は実用上重要な形状
記憶特性の一つであるが、図２は１４％，２０％圧延後
時効した試料の形状回復力を時効のみの場合と６％圧延
後時効した場合と比較して示してある。横軸の回復歪
は、試料加熱によって回復力を示し始めるまでに許容さ
れる歪を意味する。例えば、パイプの締結部品に使用し
た場合の許容されるパイプと締結部品（形状記憶合金）
とのクリ−アランスの程度を直径に対する割合（％）で
表したものと同等と解釈できる。回復歪がゼロの時の回
復力は、室温で引張り変形した後そのまま両端を固定し
て逆変態温度以上（４００℃）に加熱し、また再び室温
に戻した時の応力であり、また、回復歪が例えば３％の
時の回復力は歪が３％回復した後に両端を固定して測定
した発生応力である。室温で与えた初期の歪は４％~６
％である。試験片の形状は図1の結果を得るのに用いた
ものと同一である。この図の結果から分かるように、圧
延率０％（時効のみを施した場合）、圧延率６％の時と
比較して高圧延率（１４%，２０％）の場合は形状回復
力の著しい増大がみられる。
９６９０１）において示された実施例である６％圧延の
場合は、歪の大きい範囲ではトレーニングした試料と比
べてやや劣っている。実用的に必要な変形量は約４％で
あると考えられている。この変形においても９５％の形
状記憶回復率を示していることは、６％圧延でも実用合
金として使用可能なことを強く示唆している。これと同
じ形状回復率をＮｂＣ無添加の通常のＦｅ-Ｍｎ-Ｓｉ基
形状記憶合金で得られるためには少なくとも５回のトレ
ーニングが必要である。形状回復力は実用上重要な形状
記憶特性の一つであるが、図２は１４％，２０％圧延後
時効した試料の形状回復力を時効のみの場合と６％圧延
後時効した場合と比較して示してある。横軸の回復歪
は、試料加熱によって回復力を示し始めるまでに許容さ
れる歪を意味する。例えば、パイプの締結部品に使用し
た場合の許容されるパイプと締結部品（形状記憶合金）
とのクリ−アランスの程度を直径に対する割合（％）で
表したものと同等と解釈できる。回復歪がゼロの時の回
復力は、室温で引張り変形した後そのまま両端を固定し
て逆変態温度以上（４００℃）に加熱し、また再び室温
に戻した時の応力であり、また、回復歪が例えば３％の
時の回復力は歪が３％回復した後に両端を固定して測定
した発生応力である。室温で与えた初期の歪は４％~６
％である。試験片の形状は図1の結果を得るのに用いた
ものと同一である。この図の結果から分かるように、圧
延率０％（時効のみを施した場合）、圧延率６％の時と
比較して高圧延率（１４%，２０％）の場合は形状回復
力の著しい増大がみられる。
【００１２】特記すべきことは、トレーニングを施した
ＮｂＣ無添加の合金よりさらに大きな回復力を示してい
ることである。また、大きな回復歪でもかなり高い形状
回復力を示すことも注目すべきことである。
ＮｂＣ無添加の合金よりさらに大きな回復力を示してい
ることである。また、大きな回復歪でもかなり高い形状
回復力を示すことも注目すべきことである。
【００１３】このように、この出願の発明は先願発明に
比較して圧延率を１０〜３０％に限定することによって
形状記憶特性が著しく改良されていることが判明し特許
出願したものである。
比較して圧延率を１０〜３０％に限定することによって
形状記憶特性が著しく改良されていることが判明し特許
出願したものである。
【００１４】
【発明の効果】以上詳しく説明したように、この出願の
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がなく、温間圧延とその後の時効
熱処理のみで、容易に形状記憶特性をいちじるしく向上
させることができる。トレーニング処理を必要とする従
来の合金とは異な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
輸送管等の）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。
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がなく、温間圧延とその後の時効
熱処理のみで、容易に形状記憶特性をいちじるしく向上
させることができる。トレーニング処理を必要とする従
来の合金とは異な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
輸送管等の）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。
【図１】形状回復率の比較を示したものである。
【図２】形状回復力の比較を示したものである。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 小川 一行
茨城県つくば市千現一丁目２番１号 独立
行政法人物質・材料研究機構内
(72)発明者 新谷 紀雄
茨城県つくば市千現一丁目２番１号 独立
行政法人物質・材料研究機構内
Ｆターム(参考） 4K032 AA04 AA05 AA12 AA13 AA18
AA22 AA32 BA01 CB01 CC01
CC02 CC03 CF01 CF02 CF03
Claims (6)
- 【請求項１】 Ｎｂ及びＣが添加されたＦｅ-Ｍｎ-Ｓｉ
系形状記憶合金をオーステナイト状態において５００〜
８００℃の温度範囲で１０〜３０％の圧延加工を行った
後、４００〜１０００℃の温度範囲での加熱による時効
処理を行うことを特徴とするＮｂＣ添加Ｆｅ-Ｍｎ-Ｓｉ
系形状記憶合金の加工熱処理方法。 - 【請求項２】 Ｆｅ-Ｍｎ-Ｓｉ系形状記憶合金が、合金
成分として、１５〜４０重量％のＭｎ，３〜１５重量％
のＳｉ，０．１〜１．５重量％のＮｂ，及び０．０１〜
０．２重量％のＣを含み、残部がＦｅ及び不可避的不純
物であり、ＮｂとＣの原子比Ｎｂ／Ｃが１以上である請
求項１記載のＮｂＣ添加Ｆｅ-Ｍｎ-Ｓｉ系形状記憶合金
の加工熱処理方法。 - 【請求項３】 ＮｂＣ添加Ｆｅ-Ｍｎ-Ｓ-ｉ系形状記憶
合金が、合金成分として、５〜４０重量％のＭｎ，３〜
１５重量％のＳｉ，１〜２０重量％のＣｒ，０．１〜
１．５重量％Ｎｂ，及び０．０１〜０．２重量％のＣを
含み、残部がＦｅ及び不可避的不純物であり、ＮｂとＣ
の原子比Ｎｂ／Ｃが１以上である請求項１記載のＮｂＣ
添加Ｆｅ-Ｍｎ-Ｓ-ｉ系形状記憶合金の加工熱処理方
法。 - 【請求項４】 ＮｂＣ添加Ｆｅ-Ｍｎ-Ｓｉ系形状記憶合
金が、合金成分として、５〜４０重量％のＭｎ，３〜１
５重量％のＳｉ，１〜２０重量％のＣｒ、０．１〜２０
重量％のＮｉ，０．１〜１．５重量％Ｎｂ，及び０．０
１〜０．２重量％のＣを含み、残部がＦｅ及び不可避的
不純物であり、ＮｂとＣの原子比Ｎｂ／Ｃが１以上であ
る請求項１記載のＮｂＣ添加Ｆｅ-Ｍｎ-Ｓｉ系形状記憶
合金の加工熱処理方法。 - 【請求項５】 ＮｂとＣの原子比が１．０〜２．０であ
る請求項２乃至４のいずれかに記載のＮｂＣ添加Ｆｅ-
Ｍｎ-Ｓｉ系形状記憶合金の加工熱処理方法。 - 【請求項６】 ＮｂＣ添加Ｆｅ-Ｍｎ-Ｓｉ系形状記憶合
金が、不純物成分として、３重量％以下のＣｕ，２重量
％以下のＭｏ，１０重量％以下のＡｌ，３０重量％以下
のＣｏ，又は５０００ｐｐｍ以下のＮの少なくとも一種
もしくはそれ以上を含む請求項２乃至５のいずれかに記
載のＮｂＣ添加Ｆｅ-Ｍｎ-Ｓｉ系形状記憶合金の加工熱
処理方法。
Priority Applications (5)
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|---|---|---|---|
| JP2002079295A JP2003277827A (ja) | 2002-03-20 | 2002-03-20 | ＮｂＣ添加Ｆｅ−Ｍｎ−Ｓｉ系形状記憶合金の加工熱処理方法 |
| EP03251736A EP1348772B1 (en) | 2002-03-20 | 2003-03-20 | Method of processing and heat-treating NbC-added Fe-Mn-Si-based shape memory alloy |
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| US10/391,659 US6855216B2 (en) | 2002-03-20 | 2003-03-20 | Method of processing and heat-treating NbC-added Fe-Mn-Si-based shape memory alloy |
| CNB031074081A CN1274853C (zh) | 2002-03-20 | 2003-03-20 | 添加Nb、C的Fe－Mn－Si系形状记忆合金的加工热处理方法 |
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| JP2002079295A JP2003277827A (ja) | 2002-03-20 | 2002-03-20 | ＮｂＣ添加Ｆｅ−Ｍｎ−Ｓｉ系形状記憶合金の加工熱処理方法 |
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|---|---|
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-
2002
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-
2003
- 2003-03-20 CN CNB031074081A patent/CN1274853C/zh not_active Expired - Fee Related
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