JP2916924B2 - TiNiCu-based shape memory alloy fine wire and method for producing the same - Google Patents
TiNiCu-based shape memory alloy fine wire and method for producing the sameInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、Cuを含むTiNi系形状記憶合金細線及びその
製造方法に関する。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a TiNi-based shape memory alloy fine wire containing Cu and a method for producing the same.
[従来の技術] TiNiCu合金は、熱弾性型マルテンサイト変態の逆変態
に付随して、Cu含有量(添加量)が増えれば、増えるほ
どTiNi系合金以上に顕著な形状記憶効果を示すことが知
られており、工業的に非常に有望視されている。[Prior art] TiNiCu alloys exhibit a more remarkable shape memory effect than TiNi-based alloys as the Cu content (addition amount) increases with the inverse transformation of thermoelastic martensitic transformation. Known and very promising industrially.
そして、このTiNi系形状記憶合金の合金細線は、原子
%でCuを10at%以上含むTi−NiCu合金細線については、
実験室規模においてすら得られていないのが実情であ
る。And the alloy wire of this TiNi-based shape memory alloy is a Ti-NiCu alloy wire containing 10 at% or more of Cu in atomic%.
The fact is that it has not been obtained even on a laboratory scale.
その1つとして、TiNi系合金は、通常溶解鋳造では、
凝固冷却の速度が極めて遅いために、もともとTiNi系合
金に対して固溶しないCuの殆どが比較的低い融点である
TiXCuYの化合物を生成して、凝固時にその多くは、結晶
粒内というよりは、結晶粒界に析出する。As one of them, TiNi-based alloys are usually
Most of Cu, which does not form a solid solution with TiNi-based alloys, has a relatively low melting point due to extremely slow solidification cooling
A compound of Ti X Cu Y is formed, and during solidification, much of it precipitates at crystal grain boundaries rather than within crystal grains.
そのことで、結晶粒界が著しく脆弱なものとなり、そ
の材料の機械的性質が劣化する。As a result, the grain boundaries become extremely fragile and the mechanical properties of the material deteriorate.
さらに、その粒界の脆弱さ、即ち、その合金材料の機
械的性質は、Cuの含有量が増えれば、増えるほど、そし
て特にCu含有が10at%を境として、それ以上の合金でそ
の傾向が強くなる。Furthermore, the brittleness of the grain boundaries, that is, the mechanical properties of the alloy material, tend to increase as the Cu content increases, and more particularly in alloys with a Cu content of more than 10 at%. Become stronger.
その為に、従来の溶解鋳造法によるTiNiCu系合金は、
おおよそ、Cu含有量が10at%を越えないTiNiCu合金につ
いて、その合金細線が製造されているといっても、その
製造過程において、溶解鋳造後のインゴットを熱間加工
によって直径5〜10mmにする際、従来のTiNi系合金より
も熱間での機械的性質が小さいため、熱間加工では加工
率を可能な限り小さくすると同時に、焼鈍を交互に繰り
返し行っている。Therefore, TiNiCu based alloy by the conventional melting casting method,
Approximately, even if it is said that the alloy fine wire is manufactured for the TiNiCu alloy whose Cu content does not exceed 10 at%, in the manufacturing process, when the ingot after melting and casting is formed into a diameter of 5 to 10 mm by hot working. Since the mechanical properties during hot working are smaller than those of conventional TiNi-based alloys, in hot working, the working ratio is made as small as possible and annealing is repeated alternately.
更に、前述のTiXCuYなる析出物が比較的低い融点であ
るために、約800℃以上の温度での加工では、熱間脆性
を示し、熱間割れを生じる。Further, since the above-mentioned precipitate of Ti X Cu Y has a relatively low melting point, when it is processed at a temperature of about 800 ° C. or more, it exhibits hot brittleness and causes hot cracking.
このように、数多くの問題点等があり、工業的に安定
して得られているとは言えない。As described above, there are many problems and the like, and it cannot be said that it has been obtained industrially stably.
熱間加工でのこのような問題点及び制約は、全て溶解
鋳造時の小さな凝固速度のために生成するTiXNiY化合物
の粒界析出によるものである。All of these problems and limitations in hot working are due to grain boundary precipitation of the Ti X Ni Y compound generated due to the low solidification rate during melt casting.
そこで、最近ではその凝固速度を大きくするために鋳
造時の鋳型を水冷銅モールドとしての実験研究が行われ
ているが、TiXNiY化合物の析出を抑制する程の凝固速度
の改善とはなっていないのが実状である。Therefore, in recent years, experimental research has been conducted using a water-cooled copper mold as a casting mold to increase the solidification rate, but the solidification rate has been improved enough to suppress the precipitation of Ti X Ni Y compounds. The fact is that they have not.
また、Cuを10at%以上含有するものについて、前述の
ような熱間加工工程での問題点が解決されたとしても、
その後の冷間加工においては、加工硬化が激しいため
に、繰返し焼鈍を要する。つまり、トータルとして冷間
加工に要する費用は、TiNiCu合金線のコストの大部分を
占めるという大問題がある。In addition, for those containing 10 at% or more of Cu, even if the above-described problem in the hot working process is solved,
In subsequent cold working, repetitive annealing is required due to severe work hardening. That is, there is a major problem that the cost required for cold working as a whole accounts for a large part of the cost of the TiNiCu alloy wire.
[発明が解決しようとする課題] そこで、最近では、この合金細線のコスト問題を解決
するために、製造プロセスの短縮の研究に力が注がれて
きた。[Problems to be Solved by the Invention] Therefore, recently, in order to solve the cost problem of the thin alloy wire, research has been focused on shortening the manufacturing process.
その研究方法の1つは、連続鋳造であり、溶融合金を
漸次、固体状態へと変化(凝固)させるものである。One of the research methods is continuous casting, which gradually changes (solidifies) a molten alloy to a solid state.
この方法は、溶融金属の凝固速度が比較的小さく、そ
のため、合金インゴットの中心部(断面上の最終凝固
部)は、比較的偏析し易く、後工程において、割れ等の
問題を起こすことが知られており、未だTiNiCu合金はお
ろかTiNi系形状記憶合金ですら実用化には至っていな
い。According to this method, the solidification rate of the molten metal is relatively low, and therefore, the center of the alloy ingot (the final solidified portion on the cross section) is relatively easily segregated, and it is known that a problem such as a crack is caused in a later step. TiNiCu alloys have not yet been put to practical use, let alone TiNi-based shape memory alloys.
そこで、本発明の技術的課題は、TiXNiY析出物を抑制
して合金細線を製造し、安価で且つ円形断面である10at
%を越える量のCuを含むTiNiCu系形状記憶合金細線及び
それを直接製造する方法を提供することにある。Therefore, the technical problem of the present invention is to produce an alloy thin wire while suppressing Ti X Ni Y precipitates, and to have a low-cost and circular cross section of 10 at.
An object of the present invention is to provide a TiNiCu-based shape memory alloy thin wire containing more than% of Cu and a method for directly producing the same.
[課題を解決するための手段] 本発明によれば、Niが49〜51at%、残部が実質的にTi
からなる合金の10at%を越える量のNiをCuで置換してな
り、結晶質であることを特徴とするTiNiCu系形状記憶合
金細線が得られる。[Means for Solving the Problems] According to the present invention, Ni is 49 to 51 at%, and the balance is substantially Ti
A TiNiCu-based shape memory alloy fine wire characterized by being obtained by replacing Ni in an amount exceeding 10 at% of the alloy consisting of Cu with Cu and being crystalline.
本発明によれば、回転している円筒状ドラム内に、遠
心力により冷却液体層を形成し、前記冷却液体層中にTi
Ni系合金の溶湯をジェットとして噴射し、前記溶融金属
を凝固させるTiNi系合金細線の製造方法であって、前記
TiNi系合金の溶湯は、Niが49〜51at%、残部が実質的に
Tiからなる合金の10at%越える量のNiをCuで置換してな
り、前記凝固の後熱処理を施すことを特徴とするTiNiCu
系形状記憶合金細線の製造方法が得られる。According to the present invention, a cooling liquid layer is formed in a rotating cylindrical drum by centrifugal force, and Ti is contained in the cooling liquid layer.
A method for producing a TiNi-based alloy thin wire for injecting a molten metal of a Ni-based alloy as a jet and solidifying the molten metal,
In the molten TiNi alloy, Ni is 49-51at%, and the balance is substantially
Characterized in that an alloy of Ti is replaced with Cu in an amount exceeding 10 at% by Cu, and heat treatment is performed after the solidification.
Thus, a method for producing a system shape memory alloy fine wire is obtained.
[実施例] 以下、実施例により本発明を具体的に説明する。EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to examples.
第1図は本発明の実施例に係るTiNiCu系形状記憶合金
細線の製造装置を示す図、第2図は第1図のA−A断面
図である。FIG. 1 is a diagram showing an apparatus for manufacturing a TiNiCu-based shape memory alloy thin wire according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a sectional view taken along line AA of FIG.
第1図において、製造装置は、一面が開口された円筒
状ドラム1と、円筒状ドラム1の他面の中心に一端を有
する回転軸2と、この軸2を回転可能に支持するすべり
軸受3,3とを有する。In FIG. 1, the manufacturing apparatus includes a cylindrical drum 1 having an open surface, a rotating shaft 2 having one end at the center of the other surface of the cylindrical drum 1, and a sliding bearing 3 rotatably supporting the shaft 2. , 3.
また、両すべり軸受3,3に介在し軸2に固着されたベ
ルト車4と、ベルト車4に装架され直流モータにより回
転されるVベルト5とを有する。Further, it has a pulley 4 interposed between the slide bearings 3 and 3 and fixed to the shaft 2, and a V-belt 5 mounted on the pulley 4 and rotated by a DC motor.
更に、このドラム1の縁には、中心軸に向かって突出
した面を有する流出防止板6が設けられ、このドラム1
の一面側からドラム1内に冷却用液体9を供給する矩形
に屈曲した給液パイプ7とを有し、このパイプには調節
弁8が設けられている。Further, at the edge of the drum 1, an outflow prevention plate 6 having a surface protruding toward the central axis is provided.
And a supply pipe 7 which is bent into a rectangular shape and supplies a cooling liquid 9 into the drum 1 from one surface side.
ドラム1内に供給された冷却用液体9は、このドラム
1の回転の遠心力により冷却液体層9を形成する。この
ドラムの一面側開口部内に、一端を挿入した基板10を有
し、この基板10の一端より延出した部分は、水平方向に
移動自在となるように複数のコロ11により支持されてい
る。The cooling liquid 9 supplied into the drum 1 forms a cooling liquid layer 9 by the centrifugal force of the rotation of the drum 1. A substrate 10 having one end inserted therein is provided in the opening on one surface side of the drum, and a portion extending from one end of the substrate 10 is supported by a plurality of rollers 11 so as to be movable in the horizontal direction.
基板10を挟んでコロ11と対向するように、ラック12が
設けられ、このラック12はピニオン13に噛合している。
さらに、この基板の一端には、溶融金属の噴射装置14が
設けられている。噴射装置14はノズル部を有し、アルゴ
ンガス圧により、このノズル部から、溶融金属のジェッ
ト15が噴出する。A rack 12 is provided so as to face the roller 11 with the substrate 10 interposed therebetween, and the rack 12 meshes with a pinion 13.
Further, at one end of the substrate, a molten metal spraying device 14 is provided. The injection device 14 has a nozzle portion, and a jet 15 of molten metal is jetted from the nozzle portion by the argon gas pressure.
尚、ドラム1は壁部内の仕切壁17で分割された隙間20
内を冷却液を通じて冷却される。The drum 1 has a gap 20 divided by a partition wall 17 in the wall.
The inside is cooled through a cooling liquid.
このような構成の本発明の実施例に係る装置の動作に
ついて説明する。The operation of the apparatus according to the embodiment of the present invention having such a configuration will be described.
Vベルト5の回転により、ドラム1の回転が所定の値
になったときに、給液パイプ7により、水等の冷却パイ
プを経てドラム1内面に注入される。When the rotation of the drum 1 reaches a predetermined value due to the rotation of the V-belt 5, the drum 1 is injected into the inner surface of the drum 1 through a cooling pipe such as water by a liquid supply pipe 7.
注入された液体は、遠心力によって、冷却液体層9を
形成するとともに、流出防止板6により、液体ドラム1
からの流出が防止される。The injected liquid forms a cooling liquid layer 9 by centrifugal force, and the liquid drum 1
Spills are prevented.
そして、この液体層9中に合金インゴットを再溶解し
た溶融金属15を噴射装置14から適当な速度で溶湯ジェッ
トとして噴射し、TiNiCu系形状記憶合金の合金細線を製
造するものである。実施例1. 第1図に示したドラム1として、内径500mmφで冷却
液体層9として深さ20mm,温度0℃の水を用いた装置に
より、Ti50Ni20Cu30なる組成の合金の夫々をアルゴン雰
囲気中で融点より、50℃高い温度で溶融し、孔径D=20
0(μm)の噴射装置14の紡糸用ノズルからアルゴンガ
ス圧を制御して430mm/分の速度でこの溶融金属を、冷却
液体層9中に噴出した。このときのドラム1の周速度
は、500m/分であった。Then, a molten metal 15 obtained by re-melting the alloy ingot into the liquid layer 9 is jetted from the jetting device 14 as a molten metal jet at an appropriate speed to produce an alloy thin wire of a TiNiCu-based shape memory alloy. Example 1. Each of the alloys having the composition of Ti50Ni20Cu30 was melted in an argon atmosphere by an apparatus using water having a diameter of 500 mmφ, a depth of 20 mm and a temperature of 0 ° C. as a cooling liquid layer 9 as the drum 1 shown in FIG. Melting at a temperature higher by 50 ° C. and a pore diameter D = 20
This molten metal was jetted into the cooling liquid layer 9 at a speed of 430 mm / min by controlling the argon gas pressure from the spinning nozzle of the jetting device 14 of 0 (μm). At this time, the peripheral speed of the drum 1 was 500 m / min.
(比較例1) 比較の為に、Ti50Ni45Cu5なる組成の合金を同様な方
法で紡糸した。Comparative Example 1 For comparison, an alloy having a composition of Ti50Ni45Cu5 was spun by the same method.
使用した合金の組成、細線形成性、及び表面形状と、
更に、生成した細線を800℃で2Hr熱処理したそれぞれの
試料について、示差走査熱量計(DSC)によりマルテン
サイト変態温度(Ms)及び逆変態終了温度(Af)を測定
した。With the composition of the alloy used, fine wire formation, and surface shape,
Further, the martensitic transformation temperature (Ms) and the reverse transformation end temperature (Af) were measured by a differential scanning calorimeter (DSC) for each sample obtained by subjecting the generated thin wire to heat treatment at 800 ° C. for 2 hours.
尚、参考としてダイス法による細線試料(比較例2及
び比較例3)の結果についても併記した。第1表のよう
に、本発明の実施例の方法により、従来において製造す
ることが不可能な10原子%を越える量のCuを含有するTi
NiCu合金細線が得られる。また、得られた合金細線の断
面を光学顕微鏡及びX線のマイクロアナライザーでクラ
ック等の問題がないか否かについて調べたが、いずれ
も、全長に渡ってその種のものは、認められなかった。In addition, the result of the fine wire sample (Comparative Example 2 and Comparative Example 3) by the dice method is also shown for reference. As shown in Table 1, according to the method of the embodiment of the present invention, Ti containing Cu in an amount exceeding 10 atomic%, which cannot be conventionally produced, is used.
A NiCu alloy fine wire is obtained. Further, the cross section of the obtained alloy fine wire was examined with an optical microscope and an X-ray microanalyzer to determine whether or not there was a problem such as a crack. However, no such type was found over the entire length. .
[発明の効果] 以上説明したように、本発明によれば、TiXNiY析出物
を抑制して合金細線を製造し安価で、且つ円形断面であ
る10原子%を越える量のCuを含むTiNiCu系形状記憶合金
及びそれを直接製造する方法を提供することができる。 [Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, Ti x Ni Y precipitates are suppressed to produce an alloy thin wire, which is inexpensive and contains Cu in an amount exceeding 10 atomic% which is a circular cross section. It is possible to provide a TiNiCu-based shape memory alloy and a method for directly producing the same.
第1図は本発明のTiNiCu合金細線の製造方法を実施する
ための装置の一例を示す図、第2図は第1図の装置の断
面図である。 図中、1……円筒状ドラム、2……回転軸、3……すべ
り軸受、4……ベルト車、5……Vベルト、6……流出
防止板、7……給液パイプ、8……調節弁、9……冷却
液体層、10……基板、11……コロ、12……ラック、13…
…ピニオン、14……噴射装置、15……溶融金属。FIG. 1 is a diagram showing an example of an apparatus for carrying out the method for producing a TiNiCu alloy fine wire of the present invention, and FIG. 2 is a sectional view of the apparatus shown in FIG. In the figure, 1 ... cylindrical drum, 2 ... rotating shaft, 3 ... sliding bearing, 4 ... belt wheel, 5 ... V belt, 6 ... outflow prevention plate, 7 ... liquid supply pipe, 8 ... ... Control valve, 9 ... Cooling liquid layer, 10 ... Substrate, 11 ... Roller, 12 ... Rack, 13 ...
... pinion, 14 ... injection device, 15 ... molten metal.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C22C 1/00 - 19/03 B22D 11/06 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 6 , DB name) C22C 1/00-19/03 B22D 11/06
Claims (2)
る合金の10at%を越える量のNiをCuで置換してなり、結
晶質であることを特徴とするTiNiCu系形状記憶合金細
線。1. A TiNiCu-based shape memory characterized in that Ni is 49 to 51 at% and the balance is substantially crystalline. Alloy fine wire.
より冷却液体層を形成し、前記冷却液体層中にTiNi系合
金の溶湯をジェットとして噴射し、前記溶融金属を凝固
させるTiNi系形状記憶合金細線の製造方法であって、前
記TiNi系合金の溶湯は、Niが49〜51at%、残部が実質的
にTiからなる合金の10at%を越える量のNiをCuで置換し
たものからなり、前記凝固の後、熱処理を施すことを特
徴とするTiNiCu系形状記憶合金細線の製造方法。2. A TiNi-based cooling liquid layer is formed in a rotating cylindrical drum by centrifugal force, and a molten TiNi-based alloy is jetted into the cooling liquid layer as a jet to solidify the molten metal. A method for producing a shape memory alloy fine wire, wherein the molten TiNi alloy is obtained by replacing Ni in an amount of 49 to 51 at% and the balance of Ni exceeding 10 at% in an alloy substantially consisting of Ti with Cu. And a heat treatment after the solidification.
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JP21590389A JP2916924B2 (en) | 1989-08-24 | 1989-08-24 | TiNiCu-based shape memory alloy fine wire and method for producing the same |
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AT10749U1 (en) * | 2008-05-21 | 2009-09-15 | Univ Wien Tech | PROCESS FOR PREPARING CLATHRATE COMPOUNDS |
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