JPH0723522B2 - 鉄系形状記憶合金 - Google Patents
鉄系形状記憶合金Info
- Publication number
- JPH0723522B2 JPH0723522B2 JP27909392A JP27909392A JPH0723522B2 JP H0723522 B2 JPH0723522 B2 JP H0723522B2 JP 27909392 A JP27909392 A JP 27909392A JP 27909392 A JP27909392 A JP 27909392A JP H0723522 B2 JPH0723522 B2 JP H0723522B2
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- Japan
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- iron
- martensite
- memory alloy
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、鉄系形状記憶合金に関
する。
する。
【０００２】
【従来の技術】形状記憶合金は、その特異な機能を利用
して、工業、エネルギー、医学等種々の分野への応用展
開が期待される金属材料であつて、既に一部ではその実
用化も試みられている。形状記憶現象及び擬弾性現象
は、熱弾性マルテンサイト変態を起こす合金に現われる
ものであつて、かかる現象を示す金属材料は、主として
非鉄合金において多く見出されているが、鉄系合金にお
いても、Fe-25 原子％PtとFe-30 原子％Pdとが熱弾性マ
ルテンサイトになり、完全な形状記憶現象を示すことが
知られている。
して、工業、エネルギー、医学等種々の分野への応用展
開が期待される金属材料であつて、既に一部ではその実
用化も試みられている。形状記憶現象及び擬弾性現象
は、熱弾性マルテンサイト変態を起こす合金に現われる
ものであつて、かかる現象を示す金属材料は、主として
非鉄合金において多く見出されているが、鉄系合金にお
いても、Fe-25 原子％PtとFe-30 原子％Pdとが熱弾性マ
ルテンサイトになり、完全な形状記憶現象を示すことが
知られている。
【０００３】更に、最近になつて、Fe-Ni-Co-Ti 合金を
オーステナイト域で時効処理、即ち、オースエイジした
後、低温に冷却するとき、シン・プレート (thin plat
e) ・マルテンサイト組織が形成され（日本金属学会秋
期大会一般講演概要第２１６頁（1982年９月））、更
に、この合金が形状記憶現象を示すことも見出されてい
る。この合金は鉄系合金であるために製造が容易である
と共に、比較的安価であり、実用性の高い形状記憶合金
であるが、一方、この合金においては、オースエイジす
るとき、オーステナイト粒界に粒界反応型の析出物とし
て、η相の Ni3Ti（以下、η-Ni3Tiと称する。）が析出
することも既に知られている（日本金属学会春期大会一
般講演概要第１９８頁及び３０６頁（1984年４月））。
オーステナイト域で時効処理、即ち、オースエイジした
後、低温に冷却するとき、シン・プレート (thin plat
e) ・マルテンサイト組織が形成され（日本金属学会秋
期大会一般講演概要第２１６頁（1982年９月））、更
に、この合金が形状記憶現象を示すことも見出されてい
る。この合金は鉄系合金であるために製造が容易である
と共に、比較的安価であり、実用性の高い形状記憶合金
であるが、一方、この合金においては、オースエイジす
るとき、オーステナイト粒界に粒界反応型の析出物とし
て、η相の Ni3Ti（以下、η-Ni3Tiと称する。）が析出
することも既に知られている（日本金属学会春期大会一
般講演概要第１９８頁及び３０６頁（1984年４月））。
【０００４】本発明者らは、上記合金を特にその機械的
性質に及ぼす上記析出物の影響なる観点から更に鋭意研
究した結果、この析出物が粒界に存在するとき、合金の
延性を低めることを見出した。形状記憶合金において延
性が低いことは、繰返し変形に対して旧粒界が脆弱であ
ることにつながり、かくして、粒界破壊しやすいことと
なる。
性質に及ぼす上記析出物の影響なる観点から更に鋭意研
究した結果、この析出物が粒界に存在するとき、合金の
延性を低めることを見出した。形状記憶合金において延
性が低いことは、繰返し変形に対して旧粒界が脆弱であ
ることにつながり、かくして、粒界破壊しやすいことと
なる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明者らはFe-Ni-Co
-Ti 系形状記憶合金における上記した問題を解決するた
めに、この合金をオースエイジしたときに現われる形状
記憶性を阻害することなく、このオースエイジ中に生じ
るη-Ni3Tiの粒界析出を防止し、若しくは抑制する添加
元素について鋭意広範に研究した結果、合金中のＴｉ量
によつてその適正な添加量は必ずしも同じではないが、
概してＡｌ、Ｍｏ、Ｗ、Ｎｂ及びＢよりなる群から選ば
れる１種を単独添加し、又は２種以上を複合添加するこ
とによつて、前記η-Ni3Tiの粒界析出を効果的に防止す
ることができ、かくして、延性が改善されると共に、形
状記憶性にすぐれる鉄系形状記憶合金を得ることができ
ることを見出して、本発明に至つたものである。
-Ti 系形状記憶合金における上記した問題を解決するた
めに、この合金をオースエイジしたときに現われる形状
記憶性を阻害することなく、このオースエイジ中に生じ
るη-Ni3Tiの粒界析出を防止し、若しくは抑制する添加
元素について鋭意広範に研究した結果、合金中のＴｉ量
によつてその適正な添加量は必ずしも同じではないが、
概してＡｌ、Ｍｏ、Ｗ、Ｎｂ及びＢよりなる群から選ば
れる１種を単独添加し、又は２種以上を複合添加するこ
とによつて、前記η-Ni3Tiの粒界析出を効果的に防止す
ることができ、かくして、延性が改善されると共に、形
状記憶性にすぐれる鉄系形状記憶合金を得ることができ
ることを見出して、本発明に至つたものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明による鉄系形状記
憶合金は、重量％で (a) Ｎｉ ３１〜３５％、 Ｃｏ ８〜１５％、及び Ｔｉ 2.５〜6.５％に加えて、 (b) Ａｌ 1.５〜１0.０％、 Ｍｏ 0.5 〜5.０％、 Ｗ 1.０〜5.０％、 Ｎｂ 0.５〜5.０％、及び Ｂ 0.００２〜0.０１０％ よりなる群から選ばれる少なくとも１種の元素、及び残
部鉄及び不可避的不純物よりなることを特徴とする。
憶合金は、重量％で (a) Ｎｉ ３１〜３５％、 Ｃｏ ８〜１５％、及び Ｔｉ 2.５〜6.５％に加えて、 (b) Ａｌ 1.５〜１0.０％、 Ｍｏ 0.5 〜5.０％、 Ｗ 1.０〜5.０％、 Ｎｂ 0.５〜5.０％、及び Ｂ 0.００２〜0.０１０％ よりなる群から選ばれる少なくとも１種の元素、及び残
部鉄及び不可避的不純物よりなることを特徴とする。
【０００７】シン・プレート・マルテンサイトは、完全
双晶マルテンサイトであること、及び変態歪による応力
がオーステナイト母相中では弾性変形によつて緩和さ
れ、塑性変形が起こらないことに特徴を有する。このよ
うなシン・プレート・マルテンサイトの生成には、母材
強度（降伏強さ）が大きいこと、又は剛性率が小さいこ
とが有利であり、このような場合、変態歪による母相の
塑性変形が起こり難いからである。また、変態時の容積
変化、変態シアー量が少ないときも、変態に伴う母相へ
の歪が小さくなるので、塑性変形が起こり難くなる。更
に、マルテンサイトの正方晶率（tetragonality)が大き
いこともシン・プレート・マルテンサイトの生成に有利
である。この正方晶率が大きくなるほど、マルテンサイ
トの (112)双晶変形のシアー量が小さくなり、双晶界面
エネルギーが低下する。これらはマルテンサイト晶内で
の双晶の形成を容易にし、密度を大きくする作用があ
る。また、正方晶率が大きいほど、変態シアー量は小さ
くなり、母相の塑性変形が起こり難い。
双晶マルテンサイトであること、及び変態歪による応力
がオーステナイト母相中では弾性変形によつて緩和さ
れ、塑性変形が起こらないことに特徴を有する。このよ
うなシン・プレート・マルテンサイトの生成には、母材
強度（降伏強さ）が大きいこと、又は剛性率が小さいこ
とが有利であり、このような場合、変態歪による母相の
塑性変形が起こり難いからである。また、変態時の容積
変化、変態シアー量が少ないときも、変態に伴う母相へ
の歪が小さくなるので、塑性変形が起こり難くなる。更
に、マルテンサイトの正方晶率（tetragonality)が大き
いこともシン・プレート・マルテンサイトの生成に有利
である。この正方晶率が大きくなるほど、マルテンサイ
トの (112)双晶変形のシアー量が小さくなり、双晶界面
エネルギーが低下する。これらはマルテンサイト晶内で
の双晶の形成を容易にし、密度を大きくする作用があ
る。また、正方晶率が大きいほど、変態シアー量は小さ
くなり、母相の塑性変形が起こり難い。
【０００８】シン・プレート・マルテンサイトの生成に
有利な他の要因は、マルテンサイトの生成温度、即ち、
Ｍｓ点が低いことである。Ｍｓ点が低いほど、マルテン
サイト晶での双晶変形がすべり変形に比べて起こりやす
いからである。また、母材の強度も上昇し、塑性変形し
難くなる。本発明による形状記憶合金において、Ｎｉ、
Ｃｏ及びＴｉは、合金にシン・プレート・マルテンサイ
トを生成させるために前記範囲にあることが必要であ
り、その範囲をはずれる組成によつては、合金はシン・
プレート・マルテンサイトを生成せず、従つて、形状記
憶性を示さない。特に、ＮｉはＭｓ点を低くするのに効
果がある。Ｔｉはオースエイジにより母相オーステナイ
ト中に規則(ordered)γ'-Ni3Ti を均一微細に析出させ
て、母相を強化し、或いはマルテンサイトの正方晶の出
現等に効果がある。また、Ｃｏは母材のキユリー点を上
昇させ、Ｍｓ点との差を大きくすることにより、変態容
積変化を小さくし、更に、母相の剛性率を低下させるの
に有効である。
有利な他の要因は、マルテンサイトの生成温度、即ち、
Ｍｓ点が低いことである。Ｍｓ点が低いほど、マルテン
サイト晶での双晶変形がすべり変形に比べて起こりやす
いからである。また、母材の強度も上昇し、塑性変形し
難くなる。本発明による形状記憶合金において、Ｎｉ、
Ｃｏ及びＴｉは、合金にシン・プレート・マルテンサイ
トを生成させるために前記範囲にあることが必要であ
り、その範囲をはずれる組成によつては、合金はシン・
プレート・マルテンサイトを生成せず、従つて、形状記
憶性を示さない。特に、ＮｉはＭｓ点を低くするのに効
果がある。Ｔｉはオースエイジにより母相オーステナイ
ト中に規則(ordered)γ'-Ni3Ti を均一微細に析出させ
て、母相を強化し、或いはマルテンサイトの正方晶の出
現等に効果がある。また、Ｃｏは母材のキユリー点を上
昇させ、Ｍｓ点との差を大きくすることにより、変態容
積変化を小さくし、更に、母相の剛性率を低下させるの
に有効である。
【０００９】上記のようにFe-Ni-Co-Ti 合金をオースエ
イジすると、オーステナイト粒内にγ' 相の Ni3Tiが微
細に析出するが、この粒内における析出が飽和すると、
本来、Ni3Ti の安定相はη-Ni3Tiであるから、γ'-Ni3T
i はη-Ni3Tiに変化する。この場合の変化はセパレート
・ニュークレーシヨン(separate nucleation) にて起こ
り、核生成位置は粒界である。即ち、γ'-Ni3Ti として
析出したＮｉ及びＴｉが再度、マトリツクスに固溶し、
粒界に移動して、最終安定相であるη-Ni3Tiとして再析
出するのである。
イジすると、オーステナイト粒内にγ' 相の Ni3Tiが微
細に析出するが、この粒内における析出が飽和すると、
本来、Ni3Ti の安定相はη-Ni3Tiであるから、γ'-Ni3T
i はη-Ni3Tiに変化する。この場合の変化はセパレート
・ニュークレーシヨン(separate nucleation) にて起こ
り、核生成位置は粒界である。即ち、γ'-Ni3Ti として
析出したＮｉ及びＴｉが再度、マトリツクスに固溶し、
粒界に移動して、最終安定相であるη-Ni3Tiとして再析
出するのである。
【００１０】本発明による形状記憶合金は、上述したＮ
ｉ、Ｃｏ及びＴｉに加えて、Ａｌ、Ｍｏ、Ｗ、Ｎｂ及び
Ｂよりなる群から選ばれる少なくとも１種の元素を含有
する。これら元素Ａｌ、Ｍｏ、Ｗ、Ｎｂ及びＢは、いず
れも、Ｎｉ及びＴｉの拡散を妨げることによつて、η-N
i3Tiの粒界析出を防止する。更に、Ａｌ及びＮｂはγ'-
Ni3Ti を安定化し、Ｂはη-Ni3Tiの粒界析出核生成を抑
制する。また、Ｍｏ及びＮｂは、合金の形状記憶性を高
めるのみならず、オーステナイト強度を高める結果、合
金の形状回復力を強める効果を有する。
ｉ、Ｃｏ及びＴｉに加えて、Ａｌ、Ｍｏ、Ｗ、Ｎｂ及び
Ｂよりなる群から選ばれる少なくとも１種の元素を含有
する。これら元素Ａｌ、Ｍｏ、Ｗ、Ｎｂ及びＢは、いず
れも、Ｎｉ及びＴｉの拡散を妨げることによつて、η-N
i3Tiの粒界析出を防止する。更に、Ａｌ及びＮｂはγ'-
Ni3Ti を安定化し、Ｂはη-Ni3Tiの粒界析出核生成を抑
制する。また、Ｍｏ及びＮｂは、合金の形状記憶性を高
めるのみならず、オーステナイト強度を高める結果、合
金の形状回復力を強める効果を有する。
【００１１】上述した効果を有効に発現させるためのこ
れら元素の適正な添加量は、合金におけるＴｉ量に依存
する。本発明による合金は、Ｔｉを2.５〜6.５％の範囲
で含むものである。上述した効果を有効に得るために、
本発明においては、上記元素の添加量は、Ａｌは1.５〜
１0.０％の範囲、好ましくは1.５〜6.５％の範囲であ
り、Ｍｏは0.5 〜5.０％の範囲、Ｗは1.０〜5.０％の範
囲、Ｎｂは0.５〜5.０％の範囲、Ｂは0.００２〜0.０１
０％の範囲である。
れら元素の適正な添加量は、合金におけるＴｉ量に依存
する。本発明による合金は、Ｔｉを2.５〜6.５％の範囲
で含むものである。上述した効果を有効に得るために、
本発明においては、上記元素の添加量は、Ａｌは1.５〜
１0.０％の範囲、好ましくは1.５〜6.５％の範囲であ
り、Ｍｏは0.5 〜5.０％の範囲、Ｗは1.０〜5.０％の範
囲、Ｎｂは0.５〜5.０％の範囲、Ｂは0.００２〜0.０１
０％の範囲である。
【００１２】本発明による鉄系形状記憶合金は、前記所
定の組成を有する合金を９００〜１２００℃に加熱して
溶体化処理後、５００〜８００℃の温度で１００時間以
下のオースエイジ処理を施すことにより製造することが
でき、冷却又は応力付加に対応して、シン・プレート・
マルテンサイトを生成させる。即ち、本発明による合金
は、ある温度以下で任意の方法により変形を与えた後、
加熱時にマルテンサイトが母相へ戻る逆変態の終了温度
Ａｆ点以上の温度に加熱することによつて、形状が変形
前に復元する形状記憶性を示す。
定の組成を有する合金を９００〜１２００℃に加熱して
溶体化処理後、５００〜８００℃の温度で１００時間以
下のオースエイジ処理を施すことにより製造することが
でき、冷却又は応力付加に対応して、シン・プレート・
マルテンサイトを生成させる。即ち、本発明による合金
は、ある温度以下で任意の方法により変形を与えた後、
加熱時にマルテンサイトが母相へ戻る逆変態の終了温度
Ａｆ点以上の温度に加熱することによつて、形状が変形
前に復元する形状記憶性を示す。
【００１３】
【実施例】表１及び表２に示すように、Fe-Ni-Co-Ti 合
金を基本合金とし、これにＡｌ、Ｍｏ、Ｗ、Ｎｂ及び／
又はＢを添加した合金を真空溶解法にて製造し、鍛造、
圧延して厚さ５mm、幅７０mm及び長さ１０００mmの板を
製造し、供試材とした。この供試材を１１５０℃で１時
間加熱して溶体化処理した後、空冷し、この後、７００
℃で４時間オースエイジして、η-Ni3Tiの析出状況を観
察した。また、上記オースエイジ処理後、厚さ１mm、幅
５mm及び長さ５０mmの平板に切出し、液体窒素中で−１
９６℃の温度にて曲げ角度１００°のＶ字型に曲げ変形
を行ない、この後、室温中に取出して平板に戻る度合に
よつて形状回復率を調べ、また、形状回復力を調べた。
更に、別に上記オースエイジ処理後、引張試験片を作製
し、常温にて引張試験を行なつて伸びを測定した。結果
を表１及び表２に示す。
金を基本合金とし、これにＡｌ、Ｍｏ、Ｗ、Ｎｂ及び／
又はＢを添加した合金を真空溶解法にて製造し、鍛造、
圧延して厚さ５mm、幅７０mm及び長さ１０００mmの板を
製造し、供試材とした。この供試材を１１５０℃で１時
間加熱して溶体化処理した後、空冷し、この後、７００
℃で４時間オースエイジして、η-Ni3Tiの析出状況を観
察した。また、上記オースエイジ処理後、厚さ１mm、幅
５mm及び長さ５０mmの平板に切出し、液体窒素中で−１
９６℃の温度にて曲げ角度１００°のＶ字型に曲げ変形
を行ない、この後、室温中に取出して平板に戻る度合に
よつて形状回復率を調べ、また、形状回復力を調べた。
更に、別に上記オースエイジ処理後、引張試験片を作製
し、常温にて引張試験を行なつて伸びを測定した。結果
を表１及び表２に示す。
【００１４】従来合金として表１に示すものは、Fe-Ni-
Co-Ti 系基本合金であり、オーステナイト粒界に多くの
η-Ni3Tiが析出しており、伸びも極めて低い。比較合金
３及び４においては、Ａｌ量の添加量が不足するため
に、粒界に尚僅かのη-Ni3Tiが析出している。このよう
な従来合金及び比較合金に対して、本発明による合金に
よれば、粒界にはη-Ni3Tiの析出が認められないので、
伸びも２０％以上であり、形状記憶性も殆どが１００％
を示す。
Co-Ti 系基本合金であり、オーステナイト粒界に多くの
η-Ni3Tiが析出しており、伸びも極めて低い。比較合金
３及び４においては、Ａｌ量の添加量が不足するため
に、粒界に尚僅かのη-Ni3Tiが析出している。このよう
な従来合金及び比較合金に対して、本発明による合金に
よれば、粒界にはη-Ni3Tiの析出が認められないので、
伸びも２０％以上であり、形状記憶性も殆どが１００％
を示す。
【００１５】
【表１】
【００１６】
【表２】
【００１７】
【発明の効果】このように、本発明の合金によれば、η
-Ni3Tiの粒界析出が防止されるために、延性が著しく改
善されると共に、伸びも大きく、形状記憶合金として実
用性が高い。
-Ni3Tiの粒界析出が防止されるために、延性が著しく改
善されると共に、伸びも大きく、形状記憶合金として実
用性が高い。
Claims (1)
- 【請求項１】重量％で (a) Ｎｉ ３１〜３５％、 Ｃｏ ８〜１５％、及び Ｔｉ 2.５〜6.５％に加えて、 (b) Ａｌ 1.５〜１0.０％、 Ｍｏ 0.5 〜5.０％、 Ｗ 1.０〜5.０％、 Ｎｂ 0.５〜5.０％、及び Ｂ 0.００２〜0.０１０％ よりなる群から選ばれる少なくとも１種の元素、及び残
部鉄及び不可避的不純物よりなることを特徴とする鉄系
形状記憶合金。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27909392A JPH0723522B2 (ja) | 1992-10-19 | 1992-10-19 | 鉄系形状記憶合金 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27909392A JPH0723522B2 (ja) | 1992-10-19 | 1992-10-19 | 鉄系形状記憶合金 |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22991684A Division JPS61106746A (ja) | 1984-10-30 | 1984-10-30 | 鉄系形状記憶合金 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05255815A JPH05255815A (ja) | 1993-10-05 |
| JPH0723522B2 true JPH0723522B2 (ja) | 1995-03-15 |
Family
ID=17606322
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27909392A Expired - Lifetime JPH0723522B2 (ja) | 1992-10-19 | 1992-10-19 | 鉄系形状記憶合金 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0723522B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8083990B2 (en) | 2005-11-09 | 2011-12-27 | Japan Science And Technology Agency | Iron-based alloy having shape memory properties and superelasticity and its production method |
| JP2010222632A (ja) * | 2009-03-23 | 2010-10-07 | Toyota Central R&D Labs Inc | 高強度Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ−Ｔｉ系合金およびその製造方法 |
| CN106282812B (zh) * | 2015-06-02 | 2018-02-06 | 上海交通大学 | 一种形状记忆合金材料及其在管接头上的应用 |
-
1992
- 1992-10-19 JP JP27909392A patent/JPH0723522B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05255815A (ja) | 1993-10-05 |
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