JP5215855B2 - Fe基合金及びその製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、磁場勾配の印加・除去により大きな可逆歪が得られ、変位制御が可能な強磁性Fe基合金及びその製造方法に関する。
低ヤング率で高弾性変形能を示す材料としてチタン合金が注目されており、人工歯根、人工骨、眼鏡フレーム等に使用されている。たとえば、IVa族やVa族元素を含むチタン合金が低ヤング率で高弾性変形能材料になることが知られている(特許文献1、2)。
特許文献1、2ではチタン合金の外部応力に対する変形挙動を説明しているが、変形をもたらす外部因子には応力の外に温度、磁場等がある。
温度による変位制御には形状記憶合金が知られており、数%レベルの寸法変化が得られている。形状記憶効果は、変形した材料をある温度以上に加熱したときに生じるマルテンサイト逆変態を利用して元の形状が回復する現象である。形状記憶効果を用いると熱駆動型のアクチュエータとして利用できるが、温度制御が必要なことに加え、冷却時の形状変化が熱拡散で律速されるため応答性が悪い。
強磁性の形状記憶合金もアクチュエータ材料として注目されている。強磁性の形状記憶合金では、従来の磁歪材料を超える数%の寸法変化が外部磁場の印加で得られ、熱駆動型形状記憶合金の欠点である低応答性も解消されている。強磁性型形状記憶合金としては、たとえばNi−Mn−Ga系があり、磁場印加で形状変化を引き起こすアクチュエータ材料が知られている(特許文献3)。しかし、Ni−Mn−Ga系の材料は、延性に劣り、機械部品に要求される複雑で精密な形状を付与するのは困難である。
特開2002−332531号公報 特開2002−249836号公報 米国特許5,958,154号明細書
本発明者等は、従来のチタン合金やNi−Mn−Ga系合金の欠点に鑑み、高弾性変形能を維持しながら強磁性で磁場駆動でき、延性も良好な材料を種々調査・検討した。その結果、安価な原料であるFeをベースとし、合金成分、組成の適切な選択、製造条件の適正管理により、磁場勾配の印加・除去により大きな可逆歪を示す強磁性Fe基合金が得られることを見出した。
本発明は、かかる知見をベースとし、Al、Si、Cr、Niの一種又は二種以上を適量添加した成分系において、磁場勾配の印加・除去により大きな可逆歪が得られ、延性も良好なFe基強磁性合金を提供することを目的とする。
本発明のFe基合金は、Al:0.01〜11質量%、Si:0.01〜7質量%、Cr:0.01〜26質量%の一種又は二種以上を含んでいる。更に、Ti:0.01〜5質量%、V:0.01〜10質量%、Mn:0.01〜5質量%、Co:0.01〜30質量%、Ni:0.01〜10質量%、Cu:0.01〜5質量%、Zr:0.01〜5質量%、Nb:0.01〜5質量%、Mo:0.01〜5質量%、Hf:0.01〜5質量%、Ta:0.01〜5質量%、W:0.01〜5質量%、B:0.001〜1質量%、C:0.001〜1質量%、P:0.001〜1質量%、S:0.001〜1質量%の一種又は二種以上を含むこともできる。
また、本発明のFe基合金は、Al:0.01〜11質量%、Si:0.01〜7質量%、Cr:0.01〜26質量%、Ni:35〜50質量%の一種又は二種以上を含むことができる。更に、Ti:0.01〜5質量%、V:0.01〜10質量%、Mn:0.01〜5質量%、Co:0.01〜30質量%、Cu:0.01〜5質量%、Zr:0.01〜5質量%、Nb:0.01〜5質量%、Mo:0.01〜5質量%、Hf:0.01〜5質量%、Ta:0.01〜5質量%、W:0.01〜5質量%、B:0.001〜1質量%、C:0.001〜1質量%、P:0.001〜1質量%、S:0.001〜1質量%の一種又は二種以上を含むこともできる。
このFe基合金は少なくとも常温で強磁性であり、加工によって生じた変形双晶が存在している。
双晶の存在量は、結晶粒界の面積に対する双晶界面の面積比率(以下、単に"双晶界面の面積比"という)として0.2以上に調整されている。双晶が存在する金属組織は、所定組成のFe基合金を600〜1350℃で溶体化処理した後、加工率:10%以上で加工をすることにより形成される。更に200〜800℃で時効処理しても良い。
本発明者等は、磁場勾配の印加・除去により大きな可逆歪が得られ、変位制御が可能な材料を目的として、強磁性元素であるFeに種々の合金元素を添加し、組成及び加工率と弾性変形量及び磁気特性との関係を調査・検討した。その結果、適量のAl、Si、Cr、Niを含有するFe基合金によって、磁場勾配の印加・除去により大きな可逆歪が得られ、延性も良好な強磁性高弾性変形合金を得ることができた。
本発明のFe基合金は、その双晶を有する金属組織によって、可逆的な変形するものである。これは、以下のように推測される。強磁性材料は、F=−M(dH/dx)の関係式に従い磁場勾配に応じた力を受けて変位することが知られている。つまり、ある磁場勾配dH/dxで得られる力Fは、磁化の強さMに比例する。材料に与える力Fが大きいほど得られる歪量は大きくなるので、Mが大きい方がよく、変形に要する応力が高いと磁場による歪量が小さくなるためヤング率は低いことが望ましい。しかし、弾性変形能が小さいと磁場勾配の除去により歪が残留する。そのため、磁場勾配の印加・除去により大きな可逆歪を得るには、大きな弾性変形能が必要となる。
b.c.c.構造のαFeは大きな磁気モーメントを有する強磁性元素であるが、純Feではすぐに塑性変形を起こすために弾性変形量が小さい。Feに種々の合金元素を添加して冷間加工を施し、磁気特性と弾性変形量を調査した結果、FeにAl、Si、Cr、Ni等を添加すると高い磁気特性を示しながら弾性変形量を向上させることを確認できた。磁場勾配による変位制御素子を考えたとき、比較的低い磁場に対し強い磁化能を示すことが好ましく、本発明のFe合金の磁化曲線を測定すると0.5テスラ(以下、Tで表す)の外部磁場に対して100emu/g以上の磁化の強さを示す。
一方、冷間加工と弾性変形挙動との関係を調査した結果、焼鈍されたFe等の金属材料の弾性限歪は通常0.3%程度であるが、冷間加工すると加工硬化して辷り変形が抑制され、硬度、引張り強さの上昇と共に降伏応力、弾性限が高くなることが判った。本発明のFe合金では、たとえば1%の曲げ変形に対し通常の弾性歪量を超える0.4%以上の歪が回復する。0.5Tの外部磁場に対する磁化の強さと1%の曲げ変形に対する弾性歪量の関係をまとめたのが図1であり、本発明合金は何れも100emu/g以上の磁化の強さ、0.4%以上の弾性変形量を示している。このような性質は、液体窒素温度(−196℃)から400℃までの広い温度範囲で適用できる。
本発明Fe合金は、比較的小さなヤング率で大きな弾性歪量を示すが、それぞれの要因にΔE効果及び双晶の可逆的移動が挙げられる。
ヤング率は原子間の凝集力に関わる物性値であり、加工や熱処理では制御し難いと考えられている。しかし、強磁性材料では、応力負荷時に磁気モーメントの回転が起こることに起因してヤング率が低下するΔE効果が生じる。
また、加工後の組織に多量に存在している変形双晶は、変形及び変形後の除荷に対して可逆的に動くことが知られている。双晶の可逆的移動現象は、双晶を有さない材料に比較してより大きな弾性変形量を示す。その結果、大きな弾性歪量が得られる。
双晶の存在量は、光学顕微鏡等で観察した金属組織を基に双晶界面の長さ、結晶粒界の長さを計測し、両者の比から界面の面積比として表すことができる。
ここで、本発明で得られる高弾性変形と形状記憶合金における超弾性との相違について述べる。本発明で得られる双晶は、加工により、双晶界面を境にした2つの領域の結晶学的方位関係が双晶関係になるだけなのに対し、超弾性では、応力により母相からマルテンサイト相への結晶構造変化を伴う応力誘起マルテンサイト変態が起きる。このような点において両者は明確な相違がある。
本発明のFe基合金は、Al:0.01〜11質量%、Si:0.01〜7質量%、Cr:0.01〜26質量%、またはAl:0.01〜11質量%、Si:0.01〜7質量%、Cr:0.01〜26質量%、Ni:35〜50質量%から選ばれた一種又は二種以上を含むFe合金を基本とする。
Al、Si、Cr、Niは、高い磁化の強さを有しながら冷間加工後の弾性変形量を大きくし、透磁率を高くする効果もある。このような効果は、0.01質量%以上のAl、Si又はCr添加で顕著になる。しかし、過剰添加は加工性や磁気特性の著しい劣化を招くので、Al:11質量%、Si:7質量%、Cr:26質量%を上限とした。Niは35質量%以上の添加で高い磁化の強さを有しながら冷間加工後の弾性変形量を大きくする効果を有する。しかし、過剰添加は加工性や磁気特性の著しい劣化を招くので、Ni:50質量%を上限とした。
Ti、V、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta、Wは、炭化物、硫化物等を形成して結晶粒を微細化し、靭性を高めるのに有効な成分であるが、過剰添加は磁気特性の著しい劣化を招くので、添加する場合にはTi:0.01〜5質量%、V:0.01〜10質量%、Zr:0.01〜5質量%、Nb:0.01〜5質量%、Mo:0.01〜5質量%、Hf:0.01〜5質量%、Ta:0.01〜5質量%、W:0.01〜5質量%の範囲で含有量を選定する。
Mnは脱酸剤として作用するほか、硫化物を生成して被削性の向上に有効な成分であるが、過剰添加は磁気特性の著しい劣化を招くので、添加する場合にはMn:0.01〜5質量%の範囲で含有量を選定する。
Cuは耐候性の向上に有効な成分であるが、過剰添加は磁気特性の著しい劣化を招くので、添加する場合にはCu:0.01〜5質量%の範囲で含有量を選定する。
Coはキュリー温度を高くするのに有効な成分であるが、過剰添加は延性の劣化を招くので、添加する場合にはCo:0.01〜30質量%の範囲で含有量を選定する。
Niは35質量%未満でも耐食性向上に有効な成分であるため、磁気特性の著しい劣化を招かない範囲で任意成分として添加できる。この場合、Ni:0.01〜10質量%の範囲で含有量を選定することが好ましい。
B、C、Pは結晶粒微細化に有効な成分であるが、過剰添加は延性の著しい劣化を招く。そこで、B、C、Pを添加する場合にはB:0.001〜1質量%、C:0.001〜1質量%、P:0.001〜1質量%の範囲で含有量を選定する。
Sは被削性を向上させるのに有効な成分であるが、過剰添加は加工性の劣化を招く。そこで、Sを添加する場合にはS:0.001〜1質量%の範囲で含有量を選定する。
所定組成に調整されたFe基合金を溶解した後、鋳造、鍛造、熱間圧延等を経て冷間圧延、引き抜き等の加工によって目標サイズの板材、線材、管材等に成形される。冷間加工されたFe基合金を温度:600〜1350℃で溶体化処理することにより、冷間加工までの工程で導入された歪を除去して材料を均質化する。溶体化温度は、再結晶温度以上が必要なため600℃以上とし、また、十分に融点温度以下(具体的には、1350℃以下)が必要であり、好ましくは700〜1100℃の範囲に設定される。溶体化時間は、再結晶や溶体化のための拡散が必要であるため0.1時間以上とし、また、材料の著しい酸化を防ぐために6時間以下が必要であり、好ましくは0.2時間〜2時間の範囲に設定される。
溶体化処理されたFe基合金を、必要に応じて200〜600℃で熱処理をしてもよい。この熱処理は、硬くて脆いマルテンサイトの焼き戻しの効果がある。この効果を得るには200℃以上の温度が必要であるが、600℃を超える温度では、冷却中に再びマルテンサイト変態する虞があるため、600℃以下に設定する。この熱処理時間は、焼き戻しに必要な拡散が必要であるため0.01時間以上とし、また、長時間の熱処理は弾性変形能を低下させるため24時間以下が必要であり、好ましくは0.1時間〜4時間の範囲に設定される。
溶体化処理されたFe基合金に、室温又は700℃以下の温度で圧延、鍛造、曲げ加工、絞り加工等の加工を施す。室温又は700℃以下の温度での加工は双晶の増量、弾性域の増大に有効であるが、動的再結晶を起こす可能性のある熱間加工は好ましくない。通常0.6TM(TM:融点)以上の温度域での加工を熱間加工と定義していることを考慮すると、0.6TM以下、具体的には700℃以下に加工温度を設定する。
加工率は、双晶界面の面積が結晶粒界の面積に対して0.2以上の比となるために10%以上の加工率が必要であり、設備への大きな負担を避けるために95%以下にする必要がある。
弾性変形能の向上に及ぼす双晶の影響は、金属組織全体において、双晶界面の面積が結晶粒界の面積に対して0.2以上の比とすることにより顕著になる。
600℃〜1350℃で、0.1〜6時間の溶体化処理し、室温又は700℃以下の温度で10%以上の加工を施した後、200℃〜800℃で、0.1〜24時間の時効処理することもできる。時効処理を施すと、歪時効効果や回復・再結晶により強度を調節できる。そのためには、少なくとも原子の短距離拡散を促進させるため200℃以上の時効温度を必要とするが、800℃を超える高温加熱では十分な弾性歪が得られない。時効時間は歪時効効果や回復・再結晶が起きるための拡散が必要であるため0.1時間以上とし、弾性歪の低下を防ぐために24時間以下とする必要があり、好ましくは0.2時間〜6時間の範囲に設定される。
磁気駆動アクチュエータの例として、ピストン型ポンプが挙げられる。磁気駆動アクチュエータを用いたピストン型ポンプの原理は、アクチュエータ素子の磁場勾配誘起の形状変化により、流体、通常は液体を送り込むために使用されるチャンバの容積が変化するとしたものである。ピストンの動きはアクチュエータ素子の広範囲の形状変化により生成される。磁場発生源は、チャンバの外側に設置可能である。
表1の組成をもつFe基合金を溶解し、鋳造、熱間圧延を経て板厚:0.5mmまで冷間圧延し、更に1000℃×60分で溶体化処理した。表中、A1〜A5はFe−Al系、S1〜S4はFe−Si系、C1〜C4はFe−Cr系、N1〜N4はFe−Ni系を基本とする合金設計である。A5、A6、S5、S6、C5、C6、N5、N6は、複数の基本系を組み合わせた合金設計である。
Figure 0005215855
溶体化処理後の各Fe合金に室温で40%の冷間圧延を施したときの室温における弾性変形量、磁化の強さを調査した結果が表2である。
弾性変形量は、三点曲げ試験で1%の曲げ歪量を与えた後に除荷し、そのときに戻る形状歪量とした。磁化の強さは、振動試料型磁力計を用いて磁場を印加し、0.5Tのときの磁化の強さとした。双晶界面の面積比は、5視野の光学顕微鏡写真から得られた結晶粒界、双晶界面の平均値を基に決定した。
表2にみられるように、Fe−Al、Fe−Si、Fe−Cr、Fe−Ni何れの合金系においても、双晶界面の面積比が0.6以上であり、双晶界面の面積比はAl、Si、Cr、Niの増量に応じて増加する傾向にあった。たとえば、Al:5質量%のFe‐Al系合金A2には多くの変形双晶が存在していた(図2)。
弾性変形量も双晶界面の面積比が大きいほど増加する傾向にあり、合金A2の応力−歪線図(図3)にみられるように、1%の歪印加に対して除荷時に0.55%の弾性変形量を示している。他の合金でも、0.4%以上の弾性変形量が得られた。超弾性材料に比較してより線形的である点も特徴である。
磁化の強さは添加元素の増加に伴い低下したが、何れの系においても100emu/g以上の高い磁化の強さである。一方、比較例O1(Fe)、比較例O2(Fe−Co)は磁化の強さは大きいものの、双晶がほとんど存在しておらず、弾性変形量も本発明材より低くなっていた。比較例O3(SUS316L)は、高い双晶界面の面積比及び弾性変形量を示しているものの、0.5Tでの磁化の強さはほぼ0となっている。
Figure 0005215855
Fe−Al系、Fe−Si系、Fe−Cr系、Fe−Ni系合金として表1のA2、S3、C2、N3を選択し、溶体化処理後に冷間加工、時効処理を施した。
製造条件と物性値との関係を表3に示す。試験No.1では溶体化後に冷間圧延をしておらず、双晶が存在していなかった。試験No.2は試験No.1に40%の冷間圧延を与えたものであり、弾性変形量も大きくなっていた。試験No.3は冷間加工率80%で圧延したものであり、加工率の増加と共に双晶界面の面積比及び弾性変形量が大きくなっていたが、磁化の強さに変化無く良好な磁気特性が維持されていた。
試験No.7〜12では、溶体化処理、冷間圧延後に時効処理を施している。試験No.7〜8、10〜11では双晶界面の面積比が何れも0.2以上であり、それぞれ適切な弾性変形量が得られたが、試験No.9、12は時効温度が高いため材料が焼鈍されてしまい、弾性変形量が小さくなっていた。また、何れの場合も良好な磁気特性を有していた。
以上の結果から、適切な時効処理により弾性変形量を調整可能なことが理解できる。
試験No.4〜6では溶体化温度を変化させた。試験No.4、5では双晶界面の面積比、弾性変形量、磁化の強さ共に良好であったが、試験No.6は溶体化温度が高いために液相が出現して部分溶融してしまった。
Figure 0005215855
表1のA3、S2、C3、N3をそれぞれFe−Al系、Fe−Si系、Fe−Cr系、Fe−Ni系の基本組成とし、請求項2または請求項4の第三成分を添加することにより種々のFe基合金を調製した。溶解後、実施例1と同様に鋳造、熱間圧延を経て板厚:0.5mmに冷間圧延し、溶体化処理後に冷間圧延、時効処理を施した。
得られた各Fe基合金について弾性変形量、磁化強さを測定した結果を表4(Fe−Al系)、表5(Fe−Si系)、表6(Fe−Cr系)、表7(Fe−Ni系)に示す。
表4〜7の調査結果にみられるように、第三元素が添加されて磁性、耐食性、強度、延性等が改善されたFe基合金は、何れも0.6以上の双晶界面の面積比を示し、1%歪印加に対し0.4%以上の弾性変形量が得られた。また、0.5Tの磁場印加に対し100emu/g以上の高い磁化の強さも有していた。更に、冷間圧延後の時効処理により、弾性変形量を調節できた。
Figure 0005215855
Figure 0005215855
Figure 0005215855
Figure 0005215855
表1のA2合金を選択し、鋳造、熱間圧延を経て板厚:0.5mmまで冷間圧延し、更に1000℃×60分で溶体化処理し、最後に圧下率:20%で冷間圧延した。
得られたFe基合金について、−50℃、25℃、100℃、200℃の各温度における双晶界面の面積比、弾性変形量、磁化の強さを求めた。弾性変形量は、各温度での引張り試験で1%の歪量を与えた後に除荷してそのときに戻る形状歪量とし、双晶界面の面積比、磁化の強さは、各温度で実施例1と同様の方法により求めた。
表8の調査結果にみられるように、双晶界面の面積比及び弾性変形量は試験温度の変化にあまり依存せず、200℃でも依然大きな値を示した。形状記憶合金では変形応力が温度に対して大きく変化し、たとえばTi−Ni形状記憶合金では見かけ上の降伏応力の温度依存性は約5MPa/℃であるが、本発明のFe合金では応力−歪線図(図4)にみられるように温度に対する応力の変化が小さく、約0.5MPa/℃とTi−Ni合金の約10分の1程度である。そのため、室温以下から高温までの広い温度範囲における利用にも適している。また、キュリー温度が十分に高いため、200℃でも高い磁化の強さを示した。
Figure 0005215855
表1のA2、S3及び比較例としてO1(Fe)を選択し、鋳造、熱間圧延を経て板厚:0.83mmまで冷間圧延し、更に1000℃×60分で溶体化処理し、最後に圧下率:40%で冷間圧延した。
得られたFe基合金について、電磁石コイル中で磁場勾配を与え、2.8mmの初期変位を与えたのち、磁場を除去した際の弾性変形量と回復率を求めた。ここで回復率(%)は、式:(弾性変形量/初期変位)×100で定義される。
表9の調査結果にみられるように、A2、S3では磁場勾配の除去後に歪が残留せず、完全な回復率が得られた。Fe−Al系、Fe−Si系、Fe−Cr系、Fe−Ni系等、他の本発明合金においても同様の結果が得られた。回復率の大きさは曲げ試験における弾性変形量に大きく依存し、弾性変形量の小さい比較例O1では、与えられた初期変位が完全に戻らず、回復率が低下した。
Figure 0005215855
以上に説明したように、Al、Si、Cr、Ni等を適量添加してFe基合金に圧延を施すことで、磁場勾配の印加・除去により大きな可逆歪が得られ、変位制御が可能な強磁性Fe基合金が得られる。この特性を利用することで、磁気駆動アクチュエータ、センサー等として重宝される機能材料が提供される。
本発明合金の0.5Tにおける磁化の強さ−弾性変形量図 変形双晶が分散した金属組織を持つFe−5質量%Al合金の顕微鏡写真 Fe−5質量%Al合金の応力−歪線図 Fe−7質量%Al合金の試験温度に応じた応力−歪線図

Claims (14)

  1. 磁場勾配の印加・除去に応じて可逆的に変形するFe基合金からなる磁気駆動アクチュエータであって、
    前記Fe基合金は、
    Al:〜11質量%、Si:0.5〜7質量%、Cr:〜26質量%から選ばれた一種又は二種以上を含み、残部が不可避的不純物を除きFeの組成をもち、
    強磁性体で、ΔE効果を有し、かつ、
    結晶粒界に対する双晶界面の面積比が0.2以上であって、前記双晶が印加する応力に応じて可逆的に移動するFe基合金である
    ことを特徴とする磁気駆動アクチュエータ。
  2. 前記Fe基合金は、
    Ti:0.01〜5質量%、
    V:0.01〜10質量%、
    Mn:0.01〜5質量%、
    Co:0.01〜30質量%、
    Ni:0.01〜10質量%、
    Cu:0.01〜5質量%、
    Zr:0.01〜5質量%、
    Nb:0.01〜5質量%、
    Mo:0.01〜5質量%、
    Hf:0.01〜5質量%、
    Ta:0.01〜5質量%、
    W:0.01〜5質量%、
    B:0.001〜1質量%、
    C:0.001〜1質量%、
    P:0.001〜1質量%、
    S:0.001〜1質量%から選ばれた一種又は二種以上を含む
    ことを特徴とする請求項1に記載の磁気駆動アクチュエータ。
  3. 磁場勾配の印加・除去に応じて可逆的に変形するFe基合金からなる磁気駆動アクチュエータであって、
    前記Fe基合金は、
    Al:〜11質量%、Si:0.5〜7質量%、Cr:〜26質量%、Ni:35〜50質量%から選ばれた一種又は二種以上を含み、残部が不可避的不純物を除きFeの組成をもち、
    強磁性体であり、ΔE効果を有し、かつ、
    結晶粒界に対する双晶界面の面積比が0.2以上であって、前記双晶が印加する応力に応じて可逆的に移動する
    ことを特徴とする磁気駆動アクチュエータ。
  4. 前記Fe基合金は、
    Ti:0.01〜5質量%、
    V:0.01〜10質量%、
    Mn:0.01〜5質量%、
    Co:0.01〜30質量%、
    Cu:0.01〜5質量%、
    Zr:0.01〜5質量%、
    Nb:0.01〜5質量%、
    Mo:0.01〜5質量%、
    Hf:0.01〜5質量%、
    Ta:0.01〜5質量%、
    W:0.01〜5質量%、
    B:0.001〜1質量%、
    C:0.001〜1質量%、
    P:0.001〜1質量%、
    S:0.001〜1質量%から選ばれた一種又は二種以上を含む
    ことを特徴とする請求項3に記載の磁気駆動アクチュエータ。
  5. 前記Fe基合金は、結晶粒界に対する双晶界面の面積比が、3.0以下である
    ことを特徴とする請求項1ないし4のいずれかに記載の磁気駆動アクチュエータ。
  6. 前記Fe基合金は、0.5テスラ(T)で、100emu/g以上の磁化の強さを有する
    ことを特徴とする請求項5に記載の磁気駆動アクチュエータ。
  7. 磁場勾配の印加・除去に応じて可逆的に変形する磁気駆動アクチュエータ用Fe基合金の製造方法であって、
    前記Fe基合金の製造方法は、
    Al:2〜11質量%、Si:0.5〜7質量%、Cr:5〜26質量%から選ばれた一種又は二種以上を含み、残部が不可避的不純物を除きFeの組成をもち、
    600〜1350℃の温度範囲で、0.1〜6時間範囲で溶体化処理した後、加工率:10%以上で加工して、
    強磁性体で、ΔE効果を有し、かつ、結晶粒界に対する双晶界面の面積比が0.2以上であって、前記双晶が印加する応力に応じて可逆的に移動するFe基合金を製造する
    ことを特徴とする磁気駆動アクチュエータ用Fe基合金の製造方法。
  8. 前記Fe基合金は、
    Ti:0.01〜5質量%、
    V:0.01〜10質量%、
    Mn:0.01〜5質量%、
    Co:0.01〜30質量%、
    Ni:0.01〜10質量%、
    Cu:0.01〜5質量%、
    Zr:0.01〜5質量%、
    Nb:0.01〜5質量%、
    Mo:0.01〜5質量%、
    Hf:0.01〜5質量%、
    Ta:0.01〜5質量%、
    W:0.01〜5質量%、
    B:0.001〜1質量%、
    C:0.001〜1質量%、
    P:0.001〜1質量%、
    S:0.001〜1質量%から選ばれた一種又は二種以上を含む
    ことを特徴とする請求項7に記載の磁気駆動アクチュエータ用Fe基合金の製造方法。
  9. 磁場勾配の印加・除去に応じて可逆的に変形する磁気駆動アクチュエータ用Fe基合金の製造方法であって、
    前記Fe基合金の製造方法は、
    Al:2〜11質量%、Si:0.5〜7質量%、Cr:5〜26質量%、Ni:35〜50質量%から選ばれた一種又は二種以上を含み、残部が不可避的不純物を除きFeの組成をもち、
    600〜1350℃の温度範囲で、0.1〜6時間範囲で溶体化処理した後、加工率:10%以上で加工して、
    強磁性体で、ΔE効果を有し、かつ、結晶粒界に対する双晶界面の面積比が0.2以上であって、前記双晶が印加する応力に応じて可逆的に移動するFe基合金を製造する
    ことを特徴とする磁気駆動アクチュエータ用Fe基合金の製造方法。
  10. 前記Fe基合金は、
    Ti:0.01〜5質量%、
    V:0.01〜10質量%、
    Mn:0.01〜5質量%、
    Co:0.01〜30質量%、
    Cu:0.01〜5質量%、
    Zr:0.01〜5質量%、
    Nb:0.01〜5質量%、
    Mo:0.01〜5質量%、
    Hf:0.01〜5質量%、
    Ta:0.01〜5質量%、
    W:0.01〜5質量%、
    B:0.001〜1質量%、
    C:0.001〜1質量%、
    P:0.001〜1質量%、
    S:0.001〜1質量%から選ばれた一種又は二種以上を含む
    ことを特徴とする請求項9に記載の磁気駆動アクチュエータ用Fe基合金の製造方法。
  11. 前記加工は、700℃以下で処理する
    ことを特徴とする請求項7ないし10のいずれかに記載の磁気駆動アクチュエータ用Fe基合金の製造方法。
  12. 前記Fe基合金の製造方法は、
    加工率を95%以下で加工する
    ことを特徴とする請求項11に記載の磁気駆動アクチュエータ用Fe基合金の製造方法。
  13. 前記Fe基合金の製造方法は、
    加工後に200〜800℃の温度範囲で、0.1〜24時間範囲で時効処理する
    ことを特徴とする請求項7ないし12のいずれかに記載の磁気駆動アクチュエータ用Fe基合金の製造方法。
  14. 前記Fe基合金の製造方法は、
    前記結晶粒界に対する双晶界面の面積比が、3.0以下である
    ことを特徴とする請求項7ないし13のいずれかに記載の磁気駆動アクチュエータ用Fe基合金の製造方法。
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Families Citing this family (27)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010135415A2 (en) 2009-05-19 2010-11-25 California Institute Of Technology Tough iron-based bulk metallic glass alloys
CN103348032B (zh) * 2010-09-27 2015-09-09 加利福尼亚技术学院 韧性的铁基块体金属玻璃状合金
US20120107603A1 (en) * 2010-10-29 2012-05-03 General Electric Company Article formed using nanostructured ferritic alloy
EP2574684B1 (en) * 2011-09-29 2014-06-18 Sandvik Intellectual Property AB TWIP and NANO-twinned austenitic stainless steel and method of producing the same
CN102505097B (zh) * 2011-12-15 2013-12-04 中南大学 一种混凝土泵车用耐磨耐蚀衬套材料
CN103943321B (zh) * 2013-01-23 2017-04-12 Tdk株式会社 磁芯和线圈型电子部件
JP6337514B2 (ja) * 2013-05-21 2018-06-06 大同特殊鋼株式会社 析出硬化型Fe−Ni合金及びその製造方法
CN103310936B (zh) * 2013-07-05 2016-01-13 浙江大学 一种低损耗Fe基纳米晶磁粉芯及其制备方法
CN103436819B (zh) * 2013-07-11 2016-08-10 张信群 一种铆接头用合金冷镦钢材料的制备方法
US9708699B2 (en) 2013-07-18 2017-07-18 Glassimetal Technology, Inc. Bulk glass steel with high glass forming ability
US9982330B2 (en) 2013-11-27 2018-05-29 University Of Florida Research Foundation, Inc. Nickel titanium alloys, methods of manufacture thereof and article comprising the same
CN104032222B (zh) * 2014-06-24 2016-04-06 燕山大学 纳米珠光体钢轨的制备方法
JP6369749B2 (ja) * 2014-06-25 2018-08-08 日立金属株式会社 磁心およびそれを用いたコイル部品
DE102014010600A1 (de) * 2014-07-18 2016-01-21 DST Defence Service Tracks GmbH Legierung zur Herstellung eines dünnwandigen Stahlbauteils
KR20170053480A (ko) * 2015-11-06 2017-05-16 엘지이노텍 주식회사 연자성 합금
AU2017353259B2 (en) 2016-11-02 2022-12-22 Salzgitter Flachstahl Gmbh Medium-manganese steel product for low-temperature use and method for the production thereof
US20180336982A1 (en) * 2017-05-17 2018-11-22 Crs Holdings, Inc. Fe-Si Base Alloy and Method of Making Same
DE102017216461A1 (de) 2017-09-18 2019-03-21 Siemens Aktiengesellschaft Martensitischer Stahl mit Z-Phase, Pulver und Bauteil
RU2650938C1 (ru) * 2017-11-20 2018-04-18 Юлия Алексеевна Щепочкина Сплав на основе железа
RU2651062C1 (ru) * 2017-11-27 2018-04-18 Юлия Алексеевна Щепочкина Сплав на основе железа
RU2653374C1 (ru) * 2017-12-05 2018-05-08 Юлия Алексеевна Щепочкина Сплав на основе железа
RU2653375C1 (ru) * 2017-12-05 2018-05-08 Юлия Алексеевна Щепочкина Сплав на основе железа
RU2652923C1 (ru) * 2017-12-05 2018-05-03 Юлия Алексеевна Щепочкина Сплав на основе железа
RU2652919C1 (ru) * 2017-12-05 2018-05-03 Юлия Алексеевна Щепочкина Сплав на основе железа
RU2660789C1 (ru) * 2017-12-19 2018-07-09 Юлия Алексеевна Щепочкина Сплав на основе железа
RU2669256C1 (ru) * 2018-03-30 2018-10-09 Юлия Алексеевна Щепочкина Сталь
US11371108B2 (en) 2019-02-14 2022-06-28 Glassimetal Technology, Inc. Tough iron-based glasses with high glass forming ability and high thermal stability

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5631348B2 (ja) * 1975-07-16 1981-07-21
JP2001131770A (ja) * 1999-11-08 2001-05-15 Nippon Parkerizing Co Ltd エンジンバルブ用素線
JP2005015896A (ja) * 2003-06-27 2005-01-20 Sumitomo Metal Ind Ltd 原子力用ステンレス鋼

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1558621A (en) * 1975-07-05 1980-01-09 Zaidan Hojin Denki Jiki Zairyo High dumping capacity alloy
JP2646277B2 (ja) * 1990-03-27 1997-08-27 日新製鋼株式会社 鉄心部材用Ni―Fe―Cr軟質磁性合金
JP2867639B2 (ja) * 1990-07-02 1999-03-08 三井造船株式会社 制振合金
JP2867640B2 (ja) * 1990-07-02 1999-03-08 三井造船株式会社 制振合金
JP2867641B2 (ja) * 1990-07-02 1999-03-08 三井造船株式会社 制振合金
JP3237138B2 (ja) * 1991-08-13 2001-12-10 カヤバ工業株式会社 磁気目盛り鋼棒
JP3868019B2 (ja) * 1995-12-07 2007-01-17 日立金属株式会社 複合磁性部材およびその製造方法
WO1998008261A1 (en) 1996-08-19 1998-02-26 Massachusetts Institute Of Technology High-strain, magnetic field-controlled actuator materials
JP4055872B2 (ja) * 1998-03-25 2008-03-05 泰文 古屋 鉄基磁性形状記憶合金およびその製造方法
US6245441B1 (en) * 1998-06-22 2001-06-12 Hitachi Metals, Ltd. Composite magnetic member excellent in corrosion resistance and method of producing the same
JP2002332531A (ja) 1999-06-11 2002-11-22 Toyota Central Res & Dev Lab Inc チタン合金およびその製造方法
JP4304897B2 (ja) 2000-12-20 2009-07-29 株式会社豊田中央研究所 高弾性変形能を有するチタン合金およびその製造方法
JP3964360B2 (ja) * 2002-07-16 2007-08-22 清仁 石田 磁場応答アクチュエーターあるいは磁性利用センサーに用いる強磁性形状記憶合金
US6803846B2 (en) * 2002-10-23 2004-10-12 Honda Motor Co., Ltd. Actuator
JP2004162703A (ja) * 2002-10-23 2004-06-10 Honda Motor Co Ltd アクチュエータ
JPWO2007066555A1 (ja) * 2005-12-05 2009-05-14 独立行政法人科学技術振興機構 Co基合金及びその製造方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5631348B2 (ja) * 1975-07-16 1981-07-21
JP2001131770A (ja) * 1999-11-08 2001-05-15 Nippon Parkerizing Co Ltd エンジンバルブ用素線
JP2005015896A (ja) * 2003-06-27 2005-01-20 Sumitomo Metal Ind Ltd 原子力用ステンレス鋼

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