JPH02267248A - Ｎｉ―Ｔｉ系形状記憶合金の形状記憶処理方法 - 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、Ｎｉ−Ｔｉ系形状記憶合金の形状記憶処理方
法に関するものである。

〈従来技術とその課題〉 一般に、Ｎｔ−Ｔｉ系合金は熱弾性マルテンサイト変態
やＴｉＮｉｚ析出相の変態に起因した形状記憶効果を示
すことが知られているが（「金属Ｊ　１９６６年２月号
第４４〜４８頁、１日本金属学会会報Ｊ　１９７３年３
号第１５７〜１７１真、特開昭５９−２８５４８号等）
、特にこのＮｉ−Ｔｉ系形状記憶合金の場合には“二方
向“或いは“全方位”の記憶形状を持って外形変化を起
すことが可能なため、吸殻自動収納灰皿、気温の変化で
開花する造花、温度探知器或いは各種のアクチュエータ
等としての広い用途が開かれている。

ところで、上記Ｎｔ−Ｔｉ系形状記憶合金に二方向或い
は全方位の形状を記憶させるためには、該合金を“記憶
させたいそれぞれの形状“に拘束して（加工歪を加えな
がら）それぞれ熱処理を施す必要があることは周知の通
りである。例えば、特開昭６１−１０６７４０号公報に
はｒＮｉ　−Ｔｉ系合金を、まず第１の形状に成形し拘
束した状態にて５５０〜１１００℃の温度域で溶体化処
理した後急冷し、次に第２の形状に拘束した状態で５５
０℃以下の温度にて時効処理する方法」が、また特開昭
５８−１５１４４５号公報にはｒＮｉ−７１合金を第１
の形状に成形して溶体化処理を施した後、第２の形状に
機械的に拘束した状態で６００℃以下の温度にて時効処
理を施す方法」がそれぞれ示されている。

しかしながら、Ｎｉ−Ｔｉ系合金におけるこれら周知の
二方向或いは全方位形状記憶処理手段では、何れも°溶
体化処理によって生成した硬質のＴｔＮｉ金属間化合物
母相”を機械的に拘束して熱処理する工程が欠かせず、
従って拘束用に強力な治具を要する上、拘束には多大な
締付は力が必要であった。このように、Ｎｆ−Ｔｉ系合
金の形状記憶処理に際しては高強度の硬質ＴｉＮｉ母相
をむりやり成形して機械的に拘束しなければならないた
め、表面に拘束治具との接触圧が付いて製品外観が著し
く損なわれるとの不都合を拭い切れず、例えば“造花の
花びら”の如き表面性状が問われる用途には不利である
との問題があった。

また、多量の材料を重ね合わせて−まとめで拘束熱処理
（形状記憶処理）して生産性を上げようとしても、Ｔｔ
Ｎｌ母相の高強度故に拘束のための成形力が極めて大き
くなって処理が困難となったり、拘束のための成形過程
において第５図の矢印部分の集中応力が過大となって治
具の破損や合金の異常記憶現象（形状が設計通りに記憶
されない現象）が生じるなど、形状記憶処理の作業性や
処理コスト、或いは製品性能の点でも十分に満足できる
ものではなかった。

このようなことから、本発明の目的は、二方向又は全方
位Ｎｉ　−Ｔｉ系形状記憶合金の形状記憶処理に際して
、該合金の機械的拘束性を容易化し、製品の表面疵や異
常記憶現象或いは成形型の破損等を懸念することなしに
合金への第１形状又は第２形状或いは画形状の記憶処理
が安定して行えるところの、生産性の良い形状記憶処理
手段を提供することに置かれた。

く課題を解決するための手段〉 本発明者等は、上記目的を達成すべく、数多くの実験を
繰り返しながら研究を重ねた結果、「硬質のＴ１Ｎｉ母
相が形成されたＴｉ　−Ｎｉ合金に形状記憶のための拘
束熱処理を施す際、その前処理として特定条件の比較的
簡単な熱処理を施すことにより母相中に予めＴｉＮｉ３
中間相を導入しておけば、Ｔｉ−Ｎｉ合金の成形性が向
上して機械的拘束が容易となる上、その前後の形状記憶
処理効果にも格別な悪影響が及ぶこともない」との新し
い知見を得るに至った。

本発明は、上記知見等に基づいてなされたものであり、 「“Ｎｉ含有量”又は“ＮｉとＮｉ代替元素の総含有量
“が５０．１〜５３．８％（以降、成分割合を表わす％
は原子％とする）で、残部が実質的にＴｉから成るＮｔ
−Ｔｉ系形状記憶合金の形状記憶処理に際し、該形状記
憶処理の前工程として Ａ）３５０〜５５０℃の温度域に１０分以上加熱保持す
る処理。

Ｂ）高温状態から３時間以上の時間をかけて５５０〜３
５０℃間を冷却する処理。

Ｃ）高温状態から一旦３５０℃未満の温度にまで冷却さ
れた合金を再度３５０〜５５０℃の温度域に加熱し該温
度域に１０分以上加熱保持する処理。

の何れかを施すことによって、性能並びに表面性状の良
好なＮｉ−Ｔｉ系形状記憶合金材を作業性良く低コスト
で量産し得るようにした点」 に特徴を有している。

なお、本発明で対象とするＮｉ　−Ｔｉ系形状記憶合金
はＴ５０．１〜５３．８％のＮｉを含有すると共に残部
が実質的にＴｉから成る合金」及びｒＴｉＮｉＸで表わ
されるＮｉとＮｉ代替元素（Ｘ　＝Ｃｏ＋　Ｃｕ、　Ｓ
ｌｌ　ＭＯｌ　Ｃｒ等）との総含有量が５０．６〜５３
．８％で残部が実質的にＴｉから成る合金」の何れであ
っても良い、また、前記Ａ）〜Ｃ）項で示される処理は
第１形状の記憶処理或いは第２形状の記憶処理等、何れ
の形状記憶処理の前工程として適用されても良好な効果
をもたらすことは言うまでもなく、複数回の各形状記憶
処理の全ての前工程として適用されて良いことも勿論で
ある。

更に、本発明の処理対象材は格別に形状が制限されるも
のではなく、板材であっても棒・線材であっても同様条
件で処理できることは言うまでもない。

続いて、本発明において対象とするＮｉ−Ｔｉ系形状記
憶合金のＮｉ含有量又はＮｉとＮｉ代替元素の総含有量
並びに前記「前工程」の条件を前述の如くに限定した理
由を、その作用と共に詳述する。

く作用〉 まず、本発明ではＮｉ　：　５０．１〜５３．８％を含
むと共に残部が実質的にＴｉから成る組成のＮｉ　−Ｔ
ｉ形状記憶合金、或いはこのＮｉの一部をＣｏ、　Ｃｕ
＋　Ｓｌｌ　ＭＯｌＣｒ等の代替元素（Ｘ）で代替させ
たＮｉ−Ｔｉ系形状記憶合金を処理対象材としているが
、これは、Ｎｉ或いはＮｉ＋Ｘが５０．１％未満では二
方向或いは全方位の記憶合金とはならずに一方向材しか
得られず、一方、Ｎｉ或いはＮｉ＋Ｘが５３．８％を超
える場合には硬質となり過ぎて溶製後に板や棒等の形状
に成形することが困難な材料となるためである。

そして、前記Ａ）項及びＣ）項で示された「前工程」に
おいて加熱保持温度を３５０〜５５０℃に限定したのは
、該温度が３５０℃未満ではＴｉＮｉ３中間相の十分な
析出が起きないため合金の耐力の低下が小さくて機械的
拘束時の成形性が十分に改善されず、一方、５５０℃を
超える温度に加熱処理すると耐力が溶体化材と同程度に
高くなって前工程を施した効果が得られなくなるためで
ある。また、この時の加熱保持時間が１０分未満では前
工程を施した効果が得られないことから、加熱保持時間
を１０分以上と限定したが、望ましくは３０分〜１時間
の保持時間とするのが良い。

なお、前記Ｃ）項で示した「前工程」は高温状態にあっ
た合金に適用される処理法で、高温状態の合金を一旦３
５０℃未満の温度にまで冷却してから３５０〜５５０℃
に再加熱する理由は、合金が高温状態にある場合には一
旦３５０℃を切る領域にまで温度降下しないと再加熱熱
処理での速やかなＴｉＮｉ３中間相の析出が起こらず、
効率良く合金の耐力を低下できないことにある。

前記Ｂ）項で示した「前工程」も高温状態にあった合金
に適用される処理法であるが、この方法は熱エネルギー
消費の軽減降下をも狙ったものである。このＢ）項で示
した「前工程」において、高温状態にあった合金の冷却
過程で５５０〜３５０℃間を３時間以上かけて冷却する
こととしたのは、冷却時でも３５０〜５５０℃の範囲で
ＴｉＮｉ３の中間相が析出するものの、これより低い温
度から昇温する場合よりも高温から徐冷する場合の方が
中間相の析出が遅く、上記温度域内の冷却時間が３時間
未満であると所望の耐力の低下が望めないためである。

従って、冷却過程のみで合金に所望の成形性を付与する
ためには５５０〜３５０℃の温度域通過時間を３時間以
上とする必要があるが、望ましくは５時間程度とするの
が良い。勿論、前記通過時間が長くなるほど処理コスト
が上昇するため、いたずらに長い時間をかけるのは得策
でない。

さて、第１図は“Ｔ１Ｎｉ母相が形成されたＴｉ−Ｎｉ
合金（５２％Ｎｉ−４８％Ｔｉ）材”と“前記各前工程
に相当する処理によって上記母相中にＴ１Ｎｉ：＋中間
相を導入したＴｉ−Ｎｉ合金材″との荷重−伸び曲線（
２０℃での引張試験結果）を比較したものである。なお
、該第１図において、曲線Ｚは第２図（ａ）で示される
“７５０℃×３０分後急冷の溶体化熱処理”を施した材
料９曲線Ａは第２図山）で示される“７５０℃×３０分
後急冷の溶体化熱処理の後、再度４３０℃に加熱して３
０分保持する熱処理”を施した材料。

曲線Ｂは第２図（Ｃ）で示される“７５０℃Ｘ３０分の
溶体化熱処理の冷却過程において、４５０℃で５時間保
持の処理”を施した材料、そして曲線Ｃは第２図（ｄ）
で示される“７５０℃×３０分の溶体化熱処理後−旦３
００℃まで冷却し、続いて再度４４０℃に加熱して１０
分間保持する熱処理”を施した材料の荷重−伸び曲線を
それぞれ示している。

この第１図からも明らかなように、溶体化処理によって
Ｔ１Ｎｉ母相が形成されたＴｉ−Ｎｉ合合材材強度は耐
力で約８０〜１００ｋｇｆ／−にも達する　（曲線Ｚ）
のに対して、本発明で規定する各前工程相当の処理を施
した場合には強度が耐力にて半分以下の３０〜４０ｋｇ
ｆ／−にまで低下しく曲線Ａ−Ｃ）、機械的拘束が極め
て容易となることが分かる。

続いて、本発明の効果を実施例によって更に具体的に説
明する。

〈実施例〉 実施例　１ この実施例では、吸殻自動収納灰皿用の二方向形状記憶
材を５２％Ｎｉ−４８％Ｔｉ合金にて製造することを試
みた。

まず、真空高周波電気炉で溶製した５２％Ｎｉ−４８％
Ｔｉ合金を熱延して０．３ｆｌ厚の板材とし、表面研磨
の後、０．３１厚×１０ｕ幅×５０鶴長の灰皿部品素材
を切り出した。

次いで、第３図で示すように、この素材（１）を内径１
９φの治具（２）にセットし、拘束状態のままで７５０
℃×３０分の第１形状記憶熱処理を行った。

次に、第１形状記憶熱処理済みの素材（１）につき、そ
の一部（１００枚）については比較のため従来快適りに
そのまま重ね合わせて治具（３）でフラットに拘束し、
この拘束下で４８０℃×３時間の第２形状記憶熱処理を
施したが、残り（１００枚）については前工程として４
５０℃ＸＩＯ分の再熱処理を施してから従来法と同様に
拘束して同様条件の第２形状記憶熱処理を施すと言う本
発明法が適用された。

この場合、従来法では素材をフラットに拘束するための
締付は力として１８００ｋｇｆ−ｃｍ　（トルクメータ
測定値）を必要としたのに対して、本発明法では２００
ｋｇｆ−ａｍの締付は力で変形が可能であった。

また、得られた製品は、従来法では第３図の矢印イ及び
口に相当する部位に位置したものに形状不良と表面疵が
発生していたのに対して、本発明法ではこれらの不良が
皆無であることが確認された。

実施例　２ この実施例では、室温の変化に応じて開孔度が変化する
造花の全方位形状記憶合金芯金材をＴｉ　−５１％Ｎｆ
−０，５％Ｃｕなる組成のＮｉ　−Ｔｉ系合金にて製造
することを試みた。

まず、実施例１におけると同様に、真空高周波電気炉に
よりＴｉ−５１％Ｎｉ−０，５％Ｃｕ合金を溶製し、こ
れを熱延して０．ａｍ厚の板材とした後、第４■に示す
ように、一部については比較のため従来快適りにそのま
ま室温まで空冷後、研磨してから内径１６０φの治具（
４）にはめ込んで拘束し、７５０℃×３０分の第１形状
記憶熱処理を施した。そして、第１形状記憶熱処理が終
了し室温にまで冷却した素材を、今度は逆向きに曲げて
内径１００φの治具（５）にはめ込んで拘束し、４９０
Ｘ３時間の第２形状記憶熱処理を施して全方位形状記憶
材を得た。

一方、残りについては、本発明法として、熱延終了後２
００℃程度にまで降温した材料を直ちに４３０℃の炉中
に挿入して１時間保持した後空冷し、研磨後、内径１６
０φの治具（４）にはめ込んで拘束した状態で７５０℃
×３０分の第１形状記憶熱処理を施した。そして、この
第１形状記憶熱処理の冷却過程で３００℃から再び４５
０℃に加熱し、１０分像保持後冷した０次に、この材料
に第２形状記憶熱処理を施すため、内径１００φの治具
（５）に逆向きに曲げてはめ込んで拘束し、４９０×３
時間の第２形状記憶熱処理を施して全方位形状記憶材を
得た。

上述の形状記憶処理において、従来法では内径１６０φ
の治具（４）にはめ込んで溶体化処理することは通常作
業で可能であったが、第２形状記憶熱処理に際しての内
径１００φの治具（５）への材料の逆向き挿入は第１形
状記憶熱処理後の材料強度向上のために極めて困難で、
ペンチ等を使って無理やり押し込む必要があった。その
ため、製品に疵が付くのを回避できず、また製品最先端
部の記憶形状に異常を来たして設計通りの形状を具現し
ない結果となった。

これに対して、上記本発明法では、第１形状記憶熱処理
時前や第２形状記憶熱処理前の材料は各前工程処理のた
め何れも常温で自由に曲げ得る状態になっており、それ
ぞれの治具への挿入に当り簡単に曲げることができたの
で製品に型底が生じることもなく、また設計通りの良好
な全方位記憶形状を示した。

く効果の総括〉 以上に説明した如く、この発明によれば、二方向或いは
全方位のＮｉ−Ｔｉ系形状記憶合金材を型底や異常記憶
の発生なく、良好な作業性の下で安定して供給すること
が可能となるなど、産業上極めて有益な効果がもたらさ
れる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、各種処理を施したＴｉ　−Ｎｉ合金の荷重伸
び曲′４ＩＡ（２０℃での引張試験結果）を比較したも
のである。 第２図（ａ）〜第２図Ｃｄ）は、それぞれ第１図に示し
た荷重−伸び曲線が得られた各材料の熱履歴を示したグ
ラフである。 第３図は、実施例１で適用したＮｉ　−Ｔｉ合金の主要
形状記憶処理工程を比較した図面である。 第４図は、実施例２で適用した旧−Ｔｊ系合金の主要形
状記憶処理工程を比較した図面である。 第５図は、Ｎｉ　−Ｔｉ系合金の形状記憶熱処理におい
て該合金を治具で拘束する際の“型底発生部”及び“集
中応力発生部”を示した図面である。 図面において、 １・・・素材、　　　　　２，３，４．５・・・治具。 出願人　日本ステンレス株式会社

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｎｉ含有量又はＮｉとＮｉ代替元素の総含有量が
   原子比にて５０．１〜５３．８％で、残部が実質的にＴ
   ｉから成るＮｉ−Ｔｉ系形状記憶合金の形状記憶処理に
   際し、該形状記憶処理の前工程として３５０〜５５０℃
   の温度域に１０分以上加熱保持する熱処理を施すことを
   特徴とする、Ｎｉ−Ｔｉ系形状記憶合金の形状記憶処理
   方法。
2. （２）Ｎｉ含有量又はＮｉとＮｉ代替元素の総含有量が
   原子比にて５０．１〜５３．８％で、残部が実質的にＴ
   ｉから成るＮｉ−Ｔｉ系形状記憶合金の形状記憶処理に
   際し、該形状記憶処理の前工程として高温状態から３時
   間以上の時間をかけて５５０〜３５０℃間を冷却する処
   理を施すことを特徴とする、Ｎｉ−Ｔｉ系形状記憶合金
   の形状記憶処理方法。
3. （３）Ｎｉ含有量又はＮｉとＮｉ代替元素の総含有量が
   原子比にて５０．１〜５３．８％で、残部が実質的にＴ
   ｉから成るＮｉ−Ｔｉ系形状記憶合金の形状記憶処理に
   際し、該形状記憶処理の前工程として、高温状態から一
   旦３５０℃未満の温度にまで冷却された合金を再度３５
   ０〜５５０℃の温度域に加熱し該温度域に１０分以上加
   熱保持する処理を施すことを特徴とする、Ｎｉ−Ｔｉ系
   形状記憶合金の形状記憶処理方法。