JPH0251976B2 - - Google Patents
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- JPH0251976B2 JPH0251976B2 JP57043365A JP4336582A JPH0251976B2 JP H0251976 B2 JPH0251976 B2 JP H0251976B2 JP 57043365 A JP57043365 A JP 57043365A JP 4336582 A JP4336582 A JP 4336582A JP H0251976 B2 JPH0251976 B2 JP H0251976B2
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Landscapes
- Heat Treatment Of Nonferrous Metals Or Alloys (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明はTi−Ni系合金（Ti−49.5〜51.5at％
Ni合金又はこれにFe、Co、Cu、Mn、Cr、Ｖ、
Zr、Pdその他の貴金属の内何れか１種又は２種
以上を合計1at％以下添加した合金）を用いたTi
−Ni系超弾性材料の製造方法に関するもので、
特に転位の動きにくい組織で超弾性を付与するこ
とにより、超弾性特性を著しく向上せしめたもの
である。
Ni合金又はこれにFe、Co、Cu、Mn、Cr、Ｖ、
Zr、Pdその他の貴金属の内何れか１種又は２種
以上を合計1at％以下添加した合金）を用いたTi
−Ni系超弾性材料の製造方法に関するもので、
特に転位の動きにくい組織で超弾性を付与するこ
とにより、超弾性特性を著しく向上せしめたもの
である。
一般に熱弾性型マルテンサイト変態を示す材料
や超弾性及び形状記憶効果を示すことが知られて
おり、これ等の特性を利用して種々の用途に用い
られている。超弾性とは応力負荷時に応力誘起マ
ルテンサイト変態によつて数％乃至十数％にも及
ぶ見掛け上の塑性変形を起し、除荷時に逆変態に
よつて完全に元の形状に戻る性質で、変形中に貯
えられたエネルギーを除荷時に放出する。このよ
うな性質を利用して機械的エネルギーを貯蔵し、
適当な時間にそのエネルギーを利用するのに用い
られ、例えば自動車の制動で失う運動エネルギー
を貯蔵し、発進時に利用する装置又は極めてエネ
ルギー密度の高いゼンマイとして注目されてい
る。
や超弾性及び形状記憶効果を示すことが知られて
おり、これ等の特性を利用して種々の用途に用い
られている。超弾性とは応力負荷時に応力誘起マ
ルテンサイト変態によつて数％乃至十数％にも及
ぶ見掛け上の塑性変形を起し、除荷時に逆変態に
よつて完全に元の形状に戻る性質で、変形中に貯
えられたエネルギーを除荷時に放出する。このよ
うな性質を利用して機械的エネルギーを貯蔵し、
適当な時間にそのエネルギーを利用するのに用い
られ、例えば自動車の制動で失う運動エネルギー
を貯蔵し、発進時に利用する装置又は極めてエネ
ルギー密度の高いゼンマイとして注目されてい
る。
エネルギー貯蔵材料として利用する際の重要な
超弾性は貯えるエネルギー密度、エネルギー貯蔵
効率、応力ヒステリシスの大きさ及び変形が応力
誘起変態のみで進行して転位などによるスベリ変
形の起きない限界の応力等によつて評価される。
即ち、スベリ変形の起きない限界の応力では第１
図ａに示す応力−歪曲線のように負荷とともに応
力が増加し、変態開始応力σMに達すると、マル
テンサイト相が応力誘起されることにより見掛け
上の塑性変形が始まる。その後除荷によりマルテ
ンサイト相が母相に逆変態し、逆変態終了応力
σRに達すると、塑性歪の回復が終了し、再び弾
性変形に移行して形状が元に戻る。負荷時に材料
に加えれた機械的エネルギー密度は負荷時の応力
−歪曲線１の下の面積E1＋E2で表わされ、除荷
時に放出されるエネルギーは除荷時の応力−歪曲
線２の下の面積E2で表わされ、エネルギーE1は
応力−歪曲線１，２のヒステリシスのために回収
不能となる。従つて超弾性材料のエネルギー貯蔵
効率ηはE2／（E1＋E2）で評価される。
超弾性は貯えるエネルギー密度、エネルギー貯蔵
効率、応力ヒステリシスの大きさ及び変形が応力
誘起変態のみで進行して転位などによるスベリ変
形の起きない限界の応力等によつて評価される。
即ち、スベリ変形の起きない限界の応力では第１
図ａに示す応力−歪曲線のように負荷とともに応
力が増加し、変態開始応力σMに達すると、マル
テンサイト相が応力誘起されることにより見掛け
上の塑性変形が始まる。その後除荷によりマルテ
ンサイト相が母相に逆変態し、逆変態終了応力
σRに達すると、塑性歪の回復が終了し、再び弾
性変形に移行して形状が元に戻る。負荷時に材料
に加えれた機械的エネルギー密度は負荷時の応力
−歪曲線１の下の面積E1＋E2で表わされ、除荷
時に放出されるエネルギーは除荷時の応力−歪曲
線２の下の面積E2で表わされ、エネルギーE1は
応力−歪曲線１，２のヒステリシスのために回収
不能となる。従つて超弾性材料のエネルギー貯蔵
効率ηはE2／（E1＋E2）で評価される。
これに対しスベリ変形の起る応力では第１図ｂ
に示す応力−歪曲線のように負荷とともに応力が
増加し、変態開始応力σMに達するとマルテンサ
イト相が応力誘起されることにより見掛け上の塑
性変形とスベリ変形を起す。その後除荷によりマ
ルテンサイト相が母相に逆変態し、逆変態終了応
力σRに達して塑性歪の回復が終了してもスベリ
変形が残り、元の形状には戻らないことになる。
そのため応力−歪曲線１，２間の回収不能なエネ
ルギーE1が大きくなり、超弾性材料のエネルギ
ー貯蔵効率ηは悪くなる。
に示す応力−歪曲線のように負荷とともに応力が
増加し、変態開始応力σMに達するとマルテンサ
イト相が応力誘起されることにより見掛け上の塑
性変形とスベリ変形を起す。その後除荷によりマ
ルテンサイト相が母相に逆変態し、逆変態終了応
力σRに達して塑性歪の回復が終了してもスベリ
変形が残り、元の形状には戻らないことになる。
そのため応力−歪曲線１，２間の回収不能なエネ
ルギーE1が大きくなり、超弾性材料のエネルギ
ー貯蔵効率ηは悪くなる。
従来、超弾性材料には使用温度に応じてTi−
50.0〜51.0at％Ni合金を1000℃の温度で１時間加
熱処理して超弾性を付与したものが用いられてい
る。しかながらこの合金を1000℃の温度で１時間
も加熱処理すると再結晶を起し、材料内の転位が
働きやすくなり、低い応力で永久変形を起すよう
になる。そのためこの材料は永久変形を起さない
低い応力範囲内でしか利用できないことになり、
その用途が著しく制限されている。一方、超弾性
は高い応力で利用する方が良好な特性を示す特徴
があるため、永久変形の原因となる転位の動き始
める応力を高めることが望まれていた。
50.0〜51.0at％Ni合金を1000℃の温度で１時間加
熱処理して超弾性を付与したものが用いられてい
る。しかながらこの合金を1000℃の温度で１時間
も加熱処理すると再結晶を起し、材料内の転位が
働きやすくなり、低い応力で永久変形を起すよう
になる。そのためこの材料は永久変形を起さない
低い応力範囲内でしか利用できないことになり、
その用途が著しく制限されている。一方、超弾性
は高い応力で利用する方が良好な特性を示す特徴
があるため、永久変形の原因となる転位の動き始
める応力を高めることが望まれていた。
本発明はこれに鑑み種々検討の結果、超弾性は
250℃以上温度で加熱処処理することにより得ら
れることを知見し、更に検討の結果、転位の動き
にくい組織で超弾性を付与することに成功したも
ので、超弾性型をマルテンサイト変態を示すTi
−Ni系合金を加工率20％以上の冷間加工により
辷り変形の起きにくい加工組織とした後、250℃
以上の温度で再結晶させないで加熱処理すること
を特徴とするものである。
250℃以上温度で加熱処処理することにより得ら
れることを知見し、更に検討の結果、転位の動き
にくい組織で超弾性を付与することに成功したも
ので、超弾性型をマルテンサイト変態を示すTi
−Ni系合金を加工率20％以上の冷間加工により
辷り変形の起きにくい加工組織とした後、250℃
以上の温度で再結晶させないで加熱処理すること
を特徴とするものである。
即ち、本発明はTi−50.0〜51.0at％Ni合金を冷
間で加工率20％以上の圧延、引抜き等の加工を加
えてスベリ変形の起きにくい加工組織とし、これ
を250℃以上の温度で再結晶させないように加熱
処理して超弾性を付与したもので、スベリ変形の
起きにくい加工組織とすることにより、超弾性特
性を著しく向上せしめたものである。
間で加工率20％以上の圧延、引抜き等の加工を加
えてスベリ変形の起きにくい加工組織とし、これ
を250℃以上の温度で再結晶させないように加熱
処理して超弾性を付与したもので、スベリ変形の
起きにくい加工組織とすることにより、超弾性特
性を著しく向上せしめたものである。
しかして本発明において、冷間加工率を20％以
上としたのは、スベリ変形の起きにくい加工組織
とするためであり、前記未満ではこのような組織
が得られにくいためである。なお加工率の上限は
材料の形状により、割れ等が発生するため、50％
までが望ましい。又加熱処理温度を250℃以上と
したのは、250℃未満の温度では長時間の加熱処
理を行なつても良好な超弾性が得られないためで
あり、特に250〜550℃の温度で加熱処理すること
が望ましい。
上としたのは、スベリ変形の起きにくい加工組織
とするためであり、前記未満ではこのような組織
が得られにくいためである。なお加工率の上限は
材料の形状により、割れ等が発生するため、50％
までが望ましい。又加熱処理温度を250℃以上と
したのは、250℃未満の温度では長時間の加熱処
理を行なつても良好な超弾性が得られないためで
あり、特に250〜550℃の温度で加熱処理すること
が望ましい。
しかして550℃以上の温度でも再結晶させない
ような短時間の加熱処理であれば優れた超弾性が
得られる。例えば線径0.7mm程度の線材について
連続ランニング炉により700℃の温度で15秒間の
加熱により良好な超弾性が得られる。
ような短時間の加熱処理であれば優れた超弾性が
得られる。例えば線径0.7mm程度の線材について
連続ランニング炉により700℃の温度で15秒間の
加熱により良好な超弾性が得られる。
また本発明によればTi−50.0〜51.0at％Ni合金
のみでなく従来良好な超弾性が得られないとされ
ていたNi濃度が51％以上又は50％未満の合金、
或いはこれにFe、Co、Cu、Mn、Cr、Ｖ、Zn、
Pdその他の貴金属の内何れか１種又は２種以上
を合計1at％以下添加したTi−Ni系合金、例えば
Ti−49.5〜51.5at％Ni合金又はこれにFe、Co、
Cu、Mn、Cr、Ｖ、Zrその他の貴金属の内何れか
１種又は２種以上を添加した従来から熱弾性型マ
ルテンサイト変態を示す合金として知られている
合金についても良好な超弾性が得られるものであ
る。
のみでなく従来良好な超弾性が得られないとされ
ていたNi濃度が51％以上又は50％未満の合金、
或いはこれにFe、Co、Cu、Mn、Cr、Ｖ、Zn、
Pdその他の貴金属の内何れか１種又は２種以上
を合計1at％以下添加したTi−Ni系合金、例えば
Ti−49.5〜51.5at％Ni合金又はこれにFe、Co、
Cu、Mn、Cr、Ｖ、Zrその他の貴金属の内何れか
１種又は２種以上を添加した従来から熱弾性型マ
ルテンサイト変態を示す合金として知られている
合金についても良好な超弾性が得られるものであ
る。
以下本発明を実施例について説明する。
実施例 (1)
Ti−50.1at％Ni合金を本発明方法に基づいて
熱間圧延した後冷間圧延（加工率25％）により厚
さ２mmの板に仕上げた。これを400℃の温度で１
時間加熱処理して超弾性材料を製造し、これにつ
いて応力−歪曲線を求めた。これを第２図ａ，
ｂ，ｃに試験温度と応力−歪曲線を示す。
熱間圧延した後冷間圧延（加工率25％）により厚
さ２mmの板に仕上げた。これを400℃の温度で１
時間加熱処理して超弾性材料を製造し、これにつ
いて応力−歪曲線を求めた。これを第２図ａ，
ｂ，ｃに試験温度と応力−歪曲線を示す。
尚、比較のため1000℃の温度で１時間加熱処理
した超弾性材料について応力−歪曲線を求めた。
第３図ａ，ｂ，ｃに試験温度と応力−歪曲線を示
す。
した超弾性材料について応力−歪曲線を求めた。
第３図ａ，ｂ，ｃに試験温度と応力−歪曲線を示
す。
第２図ａ，ｂ，ｃ及び第３図ａ，ｂ，ｃから明
らかなように、1000℃の温度で加熱処理した従来
の超弾性材料は試験温度と応力の上昇に応じて永
久歪がかなり現われ、温度320゜K、応力300Mpa
で貯蔵できる最大エネルギー密度E2maxは
6.2MJ／m2、最大エネルギー貯蔵効率、ηmaxは
0.12である。これに対し本発明方法により製造し
た超弾性材料は温度360゜K、応力700Mpaで貯蔵
できる最大エネルギー密度E2maxは38.6MJ／m2、
最大エネルギー貯蔵効率ηmaxは0.74以上となり、
従来の超弾性材料に比較しはるかに優れているこ
とが判る。
らかなように、1000℃の温度で加熱処理した従来
の超弾性材料は試験温度と応力の上昇に応じて永
久歪がかなり現われ、温度320゜K、応力300Mpa
で貯蔵できる最大エネルギー密度E2maxは
6.2MJ／m2、最大エネルギー貯蔵効率、ηmaxは
0.12である。これに対し本発明方法により製造し
た超弾性材料は温度360゜K、応力700Mpaで貯蔵
できる最大エネルギー密度E2maxは38.6MJ／m2、
最大エネルギー貯蔵効率ηmaxは0.74以上となり、
従来の超弾性材料に比較しはるかに優れているこ
とが判る。
実施例 (2)
Ti−50.8at％Ni合金を熱間圧延した後、冷間
伸線加工（加工率30％）により直径2.0mmの線に
仕上げた。これについて一部を種々の温度で５分
間加熱処理し、その他を種々の温度で30分間加熱
して超弾性材料を製造した。これ等の超弾性材料
を直径５mmの丸棒に１回巻き付けた後開放し、戻
つた線材の曲がり角度を測定した。その結果を第
４図に示す。
伸線加工（加工率30％）により直径2.0mmの線に
仕上げた。これについて一部を種々の温度で５分
間加熱処理し、その他を種々の温度で30分間加熱
して超弾性材料を製造した。これ等の超弾性材料
を直径５mmの丸棒に１回巻き付けた後開放し、戻
つた線材の曲がり角度を測定した。その結果を第
４図に示す。
図中ａは５分間の場合を示し、ｂは30分間加熱
の場合を示すもので図から明らかなように加熱温
度が250℃未満では良好な超弾性が得られず、250
〜550℃の温度範囲では加熱時間に左右されずに
良好な超弾性が得られことが判る。また550℃以
上の温度では加熱時間の影響が大きく、加熱時間
が５分の場合には良好な超弾性が得られるも、30
分の場合には超弾性が劣化していることが判る。
の場合を示すもので図から明らかなように加熱温
度が250℃未満では良好な超弾性が得られず、250
〜550℃の温度範囲では加熱時間に左右されずに
良好な超弾性が得られことが判る。また550℃以
上の温度では加熱時間の影響が大きく、加熱時間
が５分の場合には良好な超弾性が得られるも、30
分の場合には超弾性が劣化していることが判る。
以上本発明をTi−Ni系合金の線材を中心に説
明したが、これ等の方法は線材だけでなく板材、
条材、テープ材、パイプ材、異型線材その他冷間
加工の可能なTi−Ni合金材であれば何れも適用
することができる。
明したが、これ等の方法は線材だけでなく板材、
条材、テープ材、パイプ材、異型線材その他冷間
加工の可能なTi−Ni合金材であれば何れも適用
することができる。
このように本発明によればTi−Ni系超弾性材
料の超弾性特性を著しく向上し得るもので、例え
ば単純な用途として非常によく伸びるバネ材とし
て通常のバネ材に比較し、約20倍もの範囲にわた
り、バネとしての作動が可能となり、また機械的
エネルギーの貯蔵においても、その効率を増大
し、ゼンマイとしてもエネルギー密度を高め得る
等顕著な効果を奏するものである。
料の超弾性特性を著しく向上し得るもので、例え
ば単純な用途として非常によく伸びるバネ材とし
て通常のバネ材に比較し、約20倍もの範囲にわた
り、バネとしての作動が可能となり、また機械的
エネルギーの貯蔵においても、その効率を増大
し、ゼンマイとしてもエネルギー密度を高め得る
等顕著な効果を奏するものである。
第１図ａ，ｂは超弾性材料の応力−歪曲線を示
すもので、ａはスベリ変形を起さない応力−歪曲
線図、ｂはスベリ変形を起す応力−歪曲線図、第
２図は本発明方法により製造した超弾性材料の応
力−歪曲線図、第３図は従来方法により製造した
超弾性材料の応力−歪曲線図、第４図は巻き付け
における戻り角度と加熱条件との関係図である。
すもので、ａはスベリ変形を起さない応力−歪曲
線図、ｂはスベリ変形を起す応力−歪曲線図、第
２図は本発明方法により製造した超弾性材料の応
力−歪曲線図、第３図は従来方法により製造した
超弾性材料の応力−歪曲線図、第４図は巻き付け
における戻り角度と加熱条件との関係図である。
Claims (1)
- １ 熱弾性型マルテンサイト変態を示すTi−Ni
系合金を加工率20％以上の冷間加工により辷り変
形の起きにくい加工組織とした後、250℃以上の
温度で再結晶させないで加熱処理することを特徴
とするTi−Ni系超弾性材料の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4336582A JPS58161753A (ja) | 1982-03-18 | 1982-03-18 | Ｔｉ−Ｎｉ系超弾性材料の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4336582A JPS58161753A (ja) | 1982-03-18 | 1982-03-18 | Ｔｉ−Ｎｉ系超弾性材料の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58161753A JPS58161753A (ja) | 1983-09-26 |
| JPH0251976B2 true JPH0251976B2 (ja) | 1990-11-09 |
Family
ID=12661820
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4336582A Granted JPS58161753A (ja) | 1982-03-18 | 1982-03-18 | Ｔｉ−Ｎｉ系超弾性材料の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS58161753A (ja) |
Families Citing this family (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4533411A (en) * | 1983-11-15 | 1985-08-06 | Raychem Corporation | Method of processing nickel-titanium-base shape-memory alloys and structure |
| JPS60155656A (ja) * | 1984-01-12 | 1985-08-15 | Hitachi Metals Ltd | Ｔｉ−Νｉ系超弾性合金の製造方法 |
| JPS61106741A (ja) * | 1984-10-30 | 1986-05-24 | Hitachi Metals Ltd | 小ヒステリシスＴｉ−Ｎｉ系形状記憶合金 |
| JPS61183455A (ja) * | 1985-02-06 | 1986-08-16 | Furukawa Electric Co Ltd:The | Ｎｉ−Ｔｉ系形状記憶材の製造法 |
| JPH0617555B2 (ja) * | 1985-04-16 | 1994-03-09 | 古河電気工業株式会社 | 高弾性ばねの製造法 |
| JP4351560B2 (ja) | 2004-03-05 | 2009-10-28 | Ｎｅｃトーキン株式会社 | バルーン拡張超弾性ステント |
| JP5143342B2 (ja) | 2005-05-23 | 2013-02-13 | Ｎｅｃトーキン株式会社 | 自律機能性ステント |
| JP4737518B2 (ja) | 2005-05-23 | 2011-08-03 | Ｎｅｃトーキン株式会社 | Ｔｉ−Ｎｉ−Ｎｂ合金素子 |
| RU2503733C1 (ru) * | 2012-11-14 | 2014-01-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" | Наноструктурный сплав титан-никель с эффектом памяти формы и способ получения прутка из него |
| RU2641207C1 (ru) * | 2016-12-06 | 2018-01-16 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный университет" (СПбГУ) | Способ получения заготовки из наноструктурного сплава Ti49,3Ni50,7 с эффектом памяти формы |
| RU2685622C1 (ru) * | 2017-12-12 | 2019-04-22 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный университет" (СПбГУ) | Способ получения длинномерных прутков ультрамелкозернистых сплавов титан-никель с эффектом памяти формы |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5122618A (ja) * | 1974-08-20 | 1976-02-23 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Nitsukeruchitangokinno seizokakohoho |
-
1982
- 1982-03-18 JP JP4336582A patent/JPS58161753A/ja active Granted
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5122618A (ja) * | 1974-08-20 | 1976-02-23 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Nitsukeruchitangokinno seizokakohoho |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS58161753A (ja) | 1983-09-26 |
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