JPH0762472A

JPH0762472A - 高加工性銅系形状記憶合金とその製造方法

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Publication number: JPH0762472A
Application number: JP21324093A
Authority: JP
Inventors: Kiyohito Ishida; 清仁石田; Ryosuke Kainuma; 亮介貝沼; Yozo Tsugane; 容造津金
Original assignee: Yamaha Metanix Corp
Current assignee: Dowa Metanix Co Ltd
Priority date: 1993-08-27
Filing date: 1993-08-27
Publication date: 1995-03-07
Anticipated expiration: 2017-10-15
Also published as: JP3335224B2

Abstract

(57)【要約】【目的】本願発明は、精密加工製品、薄、極細線等に
使用可能な、高加工性を有するＣｕ合金からなる銅系形
状記憶合金とその製法を提供することを目的とする。【構成】本願発明合金は、Ｍｎ５ー２０ｗｔ％、Ａｌ
３ー１０ｗｔ％を含み、残部Ｃｕと不可避不純物とから
なる銅合金を溶解鋳造した後に、所定の形状に成型し、
５００℃以上の温度でβ単相とした後、急冷後０〜２０
０℃で規則化処理して得るものである。

Description

【発明の詳細な説明】【産業上の利用分野】

【０００１】本発明は、優れた冷間加工性を示し、かつ
高い形状記憶特性を有していることを特徴として、複雑
な加工を必要とするあらゆる分野で応用を可能にする高
加工性形状記憶合金とその製造方法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、形状記憶合金は、溶接不可能なＴ
ｉパイプ用の継手や、医療用材料等の分野で実用化が進
んでいる。現在の実用合金の主流はＮｉＴｉ（ニチノー
ル）であり、ニチノール以外では、わずかにＣｕ−Ｚｎ
−Ａｌ系の合金が用いられているに過ぎない。ニチノー
ルは、Ｃｕ基に比して繰り返し特性、耐食性等多くの点
で優れているが、コストがＣｕ基の１０倍以上であり、
その点でより低コストの合金が望まれている。

【０００３】そのような要望の中で、コスト的に有利な
Ｃｕ系形状記憶合金についての実用化研究の中心はＣｕ
−Ｚｎ−Ａｌ系とＣｕ−Ａｌ−Ｎｉ系の２合金系でなさ
れてきた。しかし、いずれの系でも冷間加工性が悪くこ
れまで開発された最も良好な冷間加工性を有する合金で
も高々１０〜２０％程度しか加工できず、それが実用化
への最大の障害となっている。ニチノールに関しても、
今までのＣｕ系に比すれば冷間加工性はあるが、決して
良好とは言えず、冷間加工性に優れた形状記憶合金の開
発が、強く望まれているのが現状である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、これに鑑み
種々検討の結果、少なくとも２０％以上の冷間加工性を
持つ低廉な形状記憶合金とその製造方法を開発したもの
である。

【０００５】本発明の１つは、Ａｌ３〜１０ｗｔ％、Ｍ
ｎ５〜２０ｗｔ％を含み、残部Ｃｕと不可避的不純物か
らなるものである。この合金は、熱間加工及び冷間加工
性に富み、かつその合金組織が高温ではβ（ｂｃｃ構
造）単相、低温でマルテンサイト（無拡散）変態を生
じ、０〜２００℃の規則化処理によって安定かつ良好な
形状記憶特性を得られることを特徴とする形状記憶合金
である。

【０００６】本発明の他の１つは、Ａｌ３〜１０ｗｔ
％、Ｍｎ５〜２０ｗｔ％、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｔｉ、
Ｖ、Ｃｒ、Ｓｉ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｓｎ、Ｍｇ、Ｐ、Ｂｅ、
Ｓｂ、Ｃｄ、Ａｓ、Ｚｒ、Ｚｎ、Ｂ、ミッシュメタル
０．００１〜５ｗｔ％からなる群より１種または２種以
上を総計で０．００１〜１０ｗｔ％を含み、残部Ｃｕと
不可避的不純物からなる合金である。この合金は、冷間
加工性に富み、かつその合金組織が高温ではβ（ｂｃｃ
構造）単相、低温でマルテンサイト（無拡散）変態を生
じ、０〜２００℃の規則化処理によって安定かつ良好な
形状記憶特性を得られることを特徴とする形状記憶合金
である。

【０００７】また、本発明の製造方法の１つは、Ａｌ３
〜８ｗｔ％、Ｍｎ８〜２０ｗｔ％を含み、残部Ｃｕと不
可避的不純物からなるＣｕ合金を溶解鋳造、熱間加工後
冷間加工を行い、それを５００℃以上の高温でβ単相に
した後、２００℃／ｓｅｃ以上の冷却速度で急冷し、安
定かつ良好な形状記憶を得るための規則化処理を行うこ
とを特徴とする。この際、熱間加工後の組織は、β単相
であってもさしつかえなく、また最後の熱処理は０〜２
００℃で１０秒〜６時間行うことが効果的である。

【０００８】また、本発明の製造方法の他の１つは、Ａ
ｌ８〜１０ｗｔ％、Ｍｎ５〜１５ｗｔ％を含み、残部Ｃ
ｕと不可避的不純物からなるＣｕ合金を溶解鋳造し、熱
間加工後２００℃／ｍｉｎ以下の冷却速度で冷却し組織
をα＋βとした後冷間加工を行い、それを５００℃以上
の高温でβ単相にした後、２００℃／ｓｅｃ以上の冷却
速度で急冷し、安定かつ良好な形状記憶を得るための規
則化処理を行うことを特徴とする。この際、最後の熱処
理は０〜２００℃で１０秒〜６時間行うことが効果的で
ある。

【０００９】さらに、本発明の製造方法の他の１つは、
Ａｌ３〜１０ｗｔ％、Ｍｎ５〜２０ｗｔ％、Ｎｉ、Ｃ
ｏ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｓｉ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｓｎ、
Ｍｇ、Ｐ、Ｂｅ、Ｓｂ、Ｃｄ、Ａｓ、Ｚｒ、Ｚｎ、Ｂ、
ミッシュメタル０．００１〜５ｗｔ％からなる群より１
種または２種以上を総計で０．００１〜１０ｗｔ％を含
み、残部Ｃｕと不可避的不純物からなるＣｕ合金を溶解
鋳造し、熱間加工後冷間加工を行い、それを５００℃以
上の高温でβ単相にした後、２００℃／ｓｅｃ以上の冷
却速度で急冷し、安定かつ良好な形状記憶を得るための
規則化処理を行うことを特徴とする。この際、最後の熱
処理は０〜２００℃で１０秒〜６時間行うことが効果的
である。

【００１０】

【作用】本発明は上記組成のＣｕ基合金を上記製造方法
で製造することにより、冷間で２０％以上の加工が可能
であり、ほぼ１００％の形状記憶を得ることができる。
従って、従来の形状記憶合金では得ることの難しかっ
た、極細線、薄等を得ることが可能である。

【００１１】まず、本発明の高加工性形状記憶合金を構
成する合金成分と鋳造方法の限定理由を以下に説明す
る。本発明の合金成分であるＭｎ元素を上記の組成範囲
に限定したのは、含有することによりβ相の存在範囲を
低Ａｌ側へと広げ、冷間加工性を著しく高め、製造を容
易にするからである。また、Ａｌ元素の量は、形状記憶
が得られる組成領域がＭｎ元素の組成によって定まって
おり、Ｍｎの組成範囲からおのずと限定される。

【００１２】しかしてＭｎ元素の添加量を上記のように
限定したのは、その下限未満では満足な加工性が得られ
ず、かつβ単相の領域を形成することができなくなるか
らであり、またその上限を過ぎての含有は、その組織内
部に転位が導入されやすくなるため形状記憶特性が著し
く低下してしまうと同時に、Ｍｓ温度が低下してしまう
からである。

【００１３】さらに、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃ
ｒ、Ｓｉ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｓｎ、Ｍｇ、Ｐ、Ｂｅ、Ｓｂ、
Ｃｄ、Ａｓ、Ｚｒ、Ｚｎ、Ｂ、ミッシュメタル等の元素
は、冷間加工性を維持したまま、結晶粒を微細化して強
度を上げ、形状記憶特性を向上せしめるために添加する
元素である。しかしてこれら元素の添加量を上記のよう
に限定したのは、その下限未満では上記効果が得られ
ず、その上限を過ぎての含有はマルテンサイト変態温度
を低下させ形状記憶効果を得られなくしてしまうからで
ある。

【００１４】次に製造方法に関しては、Ａｌ８〜１０ｗ
ｔ％を含む合金の場合、熱間加工後の平均冷却速度を２
００℃／ｍｉｎ以下にすることにより加工性に富むα＋
γ２相組織化することが可能となるので特に１１００〜
４００℃の温度範囲においてこの条件を満足することが
望ましい。しかして上記冷却速度より速い速度では、β
単相となりα＋β２相組織の加工性より劣る場合があ
る。また、Ａｌ３〜８ｗｔ％を含む合金の場合、熱間加
工後の組織はβ単相であっても差し支えなく、熱間加工
後の冷却速度に関する制限はない。

【００１５】また、加工後の溶体化熱処理は、β単相に
するためのものであり、５００℃以上のβ単相の温度で
行うことが不可欠である。しかして５００℃以下のα相
の存在する組織では、形状記憶特性が著しく劣化してし
まう。また、溶体化熱処理後の冷却速度は２００℃／ｓ
ｅｃ以上にすることが望ましい。それ以下の冷却速度で
は、α相の析出が生じてしまうので、形状記憶特性が著
しく劣化してしまう。

【００１６】さらに、最終処理として０〜２００℃の温
度で１０秒以上の規則化処理を行うことが望ましい。し
かしてこの処理を行わない場合、β相の規則度は完全で
はなく、形状記憶特性が不安定であり、室温で放置して
おくとマルテンサイト変態温度が変化する場合がある。
さらに上記以上の温度で熱処理を行う場合、α相の析出
が起こり、形状記憶特性が著しく劣化してしまう。

【００１７】

【実施例】以下に本発明をその実施例を用いて説明す
る。表１に示す組成の合金を溶解し、平均１４０℃／ｍ
ｉｎの冷却速度で凝固鋳造して直径２０ｍｍの鋳塊を得
た後、９００℃で熱間圧延により１．５ｍｍの板とし、
それを可能な限り冷間圧延した。その後、９００℃で１
０分の熱処理後氷水中へ焼き入れ、再度１００℃で５分
の最終処理を行い供試材とした。

【００１８】このように作成した供試材をもちいて引張
試験を行い、その破断伸び、形状記憶回復率を測定し、
中間焼き鈍しなしでの冷間加工率の限界値と併せてこれ
らの結果を表１に併記した。なお、引張試験における変
形歪量は、２％とした。

【００１９】なお表中合金Ｎｏ７は、Ｎｏ６の合金を熱
間加工後の冷却速度を３００℃／分で行ったもの、また
比較合金Ｎｏ１２及びＮｏ１３は、Ｎｏ６の合金をそれ
ぞれβ＋α２相域で記憶熱処理を行ったもの、及び最終
規則化熱処理を行わなかったものである。また、Ｎｏ１
４、Ｎｏ１５、Ｎｏ１６およびＮｏ１７は、実用されて
いるＣｕ−Ａｌ−Ｎｉ合金、Ｃｕ−Ｚｎ−Ａｌ合金、Ｎ
ｉＴｉ合金およびＣｕ−Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｎ合金での結果
である。

【００２０】

【表１】

【００２１】表１から明らかなように、本発明材Ｎｏ１
〜１０は、いずれも従来材に比して冷間加工性に優れて
いることがわかる。

【００２２】

【発明の効果】このように本発明によれば、きわめて加
工性に優れた形状記憶合金を得ることができ、従来の用
途に加え、形状記憶薄や極細線等の全く新しい用途の道
が開ける可能性がある。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｍｎを５〜２０wt％、Ａｌを３〜１０wt
％含有し、残部Ｃｕと不可避不純物からなることを特徴
とする高加工性銅系形状記憶合金。
【請求項２】Ｍｎを５〜２０wt％、Ａｌを３〜１０wt
％、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｓｉ、Ｎｂ、
Ｍｏ、Ｓｎ、Ｍｇ、Ｐ、Ｂｅ、Ｓｂ、Ｃｄ、Ａｓ、Ｚ
ｒ、Ｚｎ、Ｂ、および、ミッシュメタル０.００１〜５w
t％からなる群から選択される１種又は２種以上を総計
で０.００１〜１０wt％含有し、残部Ｃｕと不可避不純
物からなることを特徴とする高加工性銅系形状記憶合
金。
【請求項３】Ｍｎ５〜２０ｗｔ％、Ａｌ３〜１０ｗｔ
％を含み、残部Ｃｕと不可避的不純物とからなる銅合金
を溶解鋳造した後に熱間加工及び冷間加工によって所定
の形状に成型し、５００℃以上の温度で保持した後、急
冷後０〜２００℃の温度で規則化処理して得ることを特
徴とする高加工性銅系形状記憶合金の製造方法。
【請求項４】Ｍｎ５〜２０ｗｔ％、Ａｌ３〜１０ｗｔ
％、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｓｉ、Ｎｂ、
Ｍｏ、Ｓｎ、Ｍｇ、Ｐ、Ｂｅ、Ｓｂ、Ｃｄ、Ａｓ、Ｚ
ｒ、Ｚｎ、Ｂ及びミッシュメタル０．００１〜５ｗｔ％
からなる群より１種または２種以上を総計で０．００１
〜１０ｗｔ％を含み、残部Ｃｕと不可避的不純物とから
なる銅合金を溶解鋳造した後に熱間加工及び冷間加工に
よって所定の形状に成型し、５００℃以上の温度で保持
した後、急冷後０〜２００℃の温度で規則化処理して得
ることを特徴とする高加工性銅系形状記憶合金の製造方
法。