JPH01242763A - 小ヒステリシスＴｉ−Ｎｉ系形状記憶合金の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、Ｔｉ−Ｎｉ系の小ヒステリシス形状記憶合金
の製造方法に関するものである。

〔従来の技術〕

Ｔｉ−Ｎｉ系形状記憶合金は顕著な形状記憶効果を示す
こと及び優れた機械的性質、耐食性等を有することから
最も広範囲な実用化の検討がなされているものである。

形状記憶合金の記憶処理方法として、中温処理。

低温処理、および時効処理の三種のものが知られている
（［形状記憶合金Ｊ産業図書発行）。

中温処理とは、圧延等により十分加工硬化した合金を所
定の形状に成形加工し、成形したままの形に固定して４
００〜５００℃の温度で数分〜数時間保持して形状を記
憶させる方法であり、良好な形状回復特性が得られる。

低温処理は、８００℃以上の高温に保持後、急冷して組
織を正準化した合金素材を所定の形状に成形し、２００
〜３００℃の記憶処理をする方法である。

時効処理とは、８００〜１０００℃の温度で溶体化、焼
入れした合金を４００℃前後の温度で数時間、時効処理
する方法で、Ｎｉ過剰のＴｉ−Ｎｉ合今にのみ有効な方
法である。

形状記憶効果は低温でマルテンサイト状態にある材料を
変形した後加熱すると元の形状に戻るものであり、こう
した効果を生ずる温度は合金の逆変態開始温度（Ａｓ点
）、逆変態終了温ｒＬ（Ａｆ点）、マルテンサイト変態
開始温度（Ｍｓ点）およびマルテンサイト変態終了温度
（Ｍｆ点）によって決定され、Ａｓ点において形状記憶
効果が開始されＡｆ点で終了するものである。

この形状記憶効果を生ずる際の回復力は５０〜６０ｋｇ
／ｍｒｒｒに及ぶものであり、この回復力を種々の応用
品へ利用する検討が成されている。

その応用の代表例に形状記憶効果を繰り返し生じさせる
ことを利用したアクチュエーターがある。

このアクチュエーターはパイアスカとしての通常のコイ
ルバネ（バイアスバネ）と形状記憶合金コイルバネとが
組み合わされたものであり、低温においては形状記憶合
金がバイアスバネよりも降伏応力の小さなマルテンサイ
ト相の状態であるためにバイアスバネの方が強く、形状
記憶合金を変形するように動作し、逆に高温においては
形状記憶合金がバイアスバネよりも降伏応力の大きなβ
相の状態となり、形状記憶合金がバイアスバネを変形す
るように動作する。

この場合変態点温度が安定していることと、高温相＝低
温相の変態ヒステリシスが小さい程小さな温度範囲にお
いてアクチュエーターとしての動作が容易に得られ、ま
た熱応答性の点からも非常に有利になる。

しかし、従来のＴ　ｉ　−Ｎ　ｉ系合金においては高温
相＝低温相の変態ヒステリシス（Ａｆ−Ｍｓ）が２０〜
３０℃程度と大きく、このため低温和、高温相を可逆的
に得てアクチュエーターを動作させる温度範囲が大きく
ならざるを慢ず、動作温度範囲が限定されることおよび
熱応答性が劣るという欠点があった・ 高温相ヰ低温相の変態ヒステリシスを小さくする方法と
して本願出願人は、先に前記時効処理を利用することが
有効であることを見出し特願昭５９−１４６６３号にて
提案した。すなわち、Ｎｉ過剰のＴｉ−Ｎｉ合金を溶体
化熱処理および時効処理することにより過飽和ＮｉがＴ
　ｉ　Ｎ　１３粒子となってマトリックス中に析出し、
これに伴って中間相変態が導入され、変態が２段階的に
起こるようになり、高温相ヰ低温相の変態ヒステリシス
が小さくなるというものである。また、第３元素として
Ｆｅ、ＭｎおよびＡ１等の１種以上を添加したＴｉ−Ｎ
ｉ合金に前記の時効処理を適用する方法も提案している
（特開昭５９−１５００６９号）、。

しかし、上記Ｎｉ過剰組成のＴｉ−Ｎｉ系形状記憶合金
あるいは、第３元素を添加したＴ’１−Ｎｉ系形状記憶
合金は、熱間加工性が劣り、高度の熱間加工技術を必要
とし、製造上問題である。

一方、熱間加工性の比較的容易な化学量論組成のＴｉ−
Ｎｉ系形状記憶合金あるいは、Ｎｉ過少範囲のＴｉ−Ｎ
ｉ系形状記憶合金においては、上記熱処理を適用しても
小ヒステリシス化は達成されない。

本発明者は、かかる問題点に対し、溶体比熱処理後冷間
加工を行ない、しかる後に時効処理を行なえば、小ヒス
テリシス化が達成されることを知見し、特開昭６１−２
７６９４７号にて提案している。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明者は、前記特開昭６１−２７６９４７号にて提案
した方法を詳細に検討した結果、以下の事実を確認する
に至った。

すなわち、前記方法を実際の生産に適用した際に、合金
組成、溶体化処理、冷間加工率、および時効処理の諸条
件を同一に設定しても所定の小ヒステリシス化が達成さ
れない場合があることを知見した。

本発明者は１以上の知見に基づき、特開昭６１−２７６
９４７号にて提案した方法を更に改善し、小ヒステリシ
スが安定して得られるＴ　ｉ　−Ｎ　ｉ系形状記憶合金
の製造方法を提供せんとするものである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明者は、小ヒステリシスが安定して得られない原因
を調査した結果、前記提案方法において重要な工程であ
る冷間加工が特定の温度以上にて行なわれるとヒステリ
シス低減に十分な効果が得られないという結論を得た。

すなわち、実際の生産現場においては種々の要因により
冷間加工の加工温度が６０℃を越えると冷間加工率を増
大させても小ヒステリシス化が達成されないことを知見
するに至ったのである。

本発明は上記知見に基づきなされたものであり、原子％
でＮｉ　４９．０〜５０．３％、残部Ｔｉおよび不可避
的不純物よりなる合金を６００〜１０００℃で加熱冷却
（溶体化熱処理）後、加工率５〜６０％の冷間加工を施
し、その後３００〜５５０℃で時効処理を行なう小ヒス
テリシスＴｉ−Ｎｉ系形状記憶合金の製造方法において
、前記冷間加工の加工温度を６０℃以下に規制すること
を特徴とする小ヒステリシスＴｉ−Ｎｉ系形状記憶合金
の製造方法である。

次に、本発明の処理温度、冷間加工率の限定理由を述べ
る。溶体化熱処理温度については、６００℃未満におい
ては、Ｔ１Ｎｉマトリックス中への他相の十分な固溶が
得られなく、その効果が十分でない。また１０００℃を
越えると、酸化によりＴｉ元素の滅失が問題となるので
、６００〜１０００℃の温度範囲に限定した。なお、こ
の溶体化処理時に同温度笥囲内で加工を加えた場合も同
等の効果を得ることができ、本発明における溶体化熱処
理とは、これを含む概念である。

時効処理温度については、５５０℃を越えると中間相変
態が導入できなくなり、また、３００℃未満において加
工歪が残留し変態が不十分となるめで３００〜５５０℃
の温度範囲に限定した。

冷間加工については、加工率５ｚ未満では、中間相の変
態に寄与する十分な加工歪を与えることが出来ず、また
６０％を越える加工率では、被加工材が破断する等、実
際作業上で問題があるので５〜６０％に限定した。

〔実施例〕

以下に実施例により本発明の詳細な説明する。

Ｎ１＝４９．６ａｔ％およびＮ１＝５０．２ａｔ％、残
部本質的にＴｉよりなる２種類のＴｉ−Ｎｉ合金を溶製
し、熱間加工により板厚５　、　Ｏｒｍ　ｔの厚板とし
たのち、さらに冷間圧延と軟化処理をくり返して２．０
ｔの板材とした。該板材を７００℃にて１時間の溶体化
処理を施したのち、室温（２０℃）、および４０℃、６
０℃、１００℃に保持したまま、加工率１０％、３０％
の圧延加工を行ない１．８ｔと１．４ｔの板材とした。

これらより試験片を切り出し４５０℃Ｘ　ＩＨｒの記憶
処理を行なったのち、示差走査型熱量分析法（Ｄ　Ｓ　
Ｌ法）により変態点を測定した６　、 これら変態点のうち、Ｍｓ点とＡｆ点を各条件について
第１表に示す。

第１表より、６０℃以下の冷圧で安定して小ヒステリシ
スが得られることがわかり、当該形状記憶合金の製造方
法として効果的な方法であることが理解できる。

〔発明の効果〕

以上説明のように、本発明によれば安定して小ヒステリ
シスの形状記憶合金を得ることができ、工業上非常に有
益である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １　原子％でＮｉ４９．０〜５０．３％、残部Ｔｉ及び
   不可避的不純物よりなる合金を６００〜１０００℃で加
   熱冷却後、加工率５〜６０％の冷間加工を施し、その後
   ３００〜５５０℃で時効処理を行なう小ヒステリシスＴ
   ｉ−Ｎｉ系形状記憶合金の製造方法において、前記冷間
   加工の加工温度を６０℃以下に規制することを特徴とす
   る小ヒステリシスＴｉ−Ｎｉ系形状記憶合金の製造方法
   。