JPH09118967A - コイルばね用NiTi系形状記憶合金の製造方法 - Google Patents
コイルばね用NiTi系形状記憶合金の製造方法Info
- Publication number
- JPH09118967A JPH09118967A JP30045895A JP30045895A JPH09118967A JP H09118967 A JPH09118967 A JP H09118967A JP 30045895 A JP30045895 A JP 30045895A JP 30045895 A JP30045895 A JP 30045895A JP H09118967 A JPH09118967 A JP H09118967A
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- Japan
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- memory alloy
- coil spring
- temperature
- niti
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 本発明は、逆変態開始温度Asを所望の温度
にすることができるコイルばね用NiTi形状記憶合金
の製造方法、および逆変態開始温度As−10の温度で
の発生力FM と逆変態終了温度Af+10の温度での発
生力FP との発生力比Rを所望の値にすることができる
コイルばね用NiTi形状記憶合金の製造方法を提供す
ること。 【解決手段】 重量%で、Ni:54〜57%、C:
0.02〜0.12%およびO:0.02〜0.10%
含有し、必要に応じてFe、Co、Mn、CrおよびV
の1種または2種以上を合計で0.01〜0.30%な
らびにCu:3.0〜10.0%を含み、残部実質的に
Tiからなるコイルばね用NiTi系形状記憶合金の製
造方法において、逆変態開始温度Asまたは発生力比R
を添加するC+Oの量を増減することによって所望の値
にすること。
にすることができるコイルばね用NiTi形状記憶合金
の製造方法、および逆変態開始温度As−10の温度で
の発生力FM と逆変態終了温度Af+10の温度での発
生力FP との発生力比Rを所望の値にすることができる
コイルばね用NiTi形状記憶合金の製造方法を提供す
ること。 【解決手段】 重量%で、Ni:54〜57%、C:
0.02〜0.12%およびO:0.02〜0.10%
含有し、必要に応じてFe、Co、Mn、CrおよびV
の1種または2種以上を合計で0.01〜0.30%な
らびにCu:3.0〜10.0%を含み、残部実質的に
Tiからなるコイルばね用NiTi系形状記憶合金の製
造方法において、逆変態開始温度Asまたは発生力比R
を添加するC+Oの量を増減することによって所望の値
にすること。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、コイルばね用Ni
Ti系形状記憶合金の製造方法、詳細にはコイルばね用
NiTi系形状記憶合金の逆変態開始温度Asまたはコ
イルばねの発生力比を制御するコイルばね用NiTi系
形状記憶合金の製造方法に関する。
Ti系形状記憶合金の製造方法、詳細にはコイルばね用
NiTi系形状記憶合金の逆変態開始温度Asまたはコ
イルばねの発生力比を制御するコイルばね用NiTi系
形状記憶合金の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】NiTi系形状記憶合金は、マルテンサ
イト相での変形が逆変態開始温度As点以上の加熱によ
って元の形状に回復する形状記憶効果と、逆変態終了温
度のAf点以上の一定の温度範囲での変形が、除荷重の
みで元の形状に復帰する超弾性効果があることが知られ
ている。
イト相での変形が逆変態開始温度As点以上の加熱によ
って元の形状に回復する形状記憶効果と、逆変態終了温
度のAf点以上の一定の温度範囲での変形が、除荷重の
みで元の形状に復帰する超弾性効果があることが知られ
ている。
【0003】このNiTi系形状記憶合金をコイルばね
に成形し、適当な熱処理を施したものは、横弾性係数
(ばね定数に比例する値)が使用温度によって大きく異
なり、すなわち逆変態終了温度のAf点以上で>210
0Kgf/mm2 、マルテンサイト変態終了温度のMf
点以下で<750Kgf/mm2 であるため、温度低下
に伴い、一定荷重下ではたわみ量が増加し、および一定
たわみ下では発生力(横弾性係数)が低下する。従っ
て、NiTi系形状記憶合金コイルばねは、変態温度を
感知して、駆動力および作動をおこすため、各種の工業
部品のセンサー兼アクチュエーターとして使用されてい
る。
に成形し、適当な熱処理を施したものは、横弾性係数
(ばね定数に比例する値)が使用温度によって大きく異
なり、すなわち逆変態終了温度のAf点以上で>210
0Kgf/mm2 、マルテンサイト変態終了温度のMf
点以下で<750Kgf/mm2 であるため、温度低下
に伴い、一定荷重下ではたわみ量が増加し、および一定
たわみ下では発生力(横弾性係数)が低下する。従っ
て、NiTi系形状記憶合金コイルばねは、変態温度を
感知して、駆動力および作動をおこすため、各種の工業
部品のセンサー兼アクチュエーターとして使用されてい
る。
【0004】このNiTi系形状記憶合金コイルばねの
一定たわみ下での発生力曲線(昇温過程)の挙動は図1
に示したとおりである。図1に見られるように逆変態開
始温度Af−10(以下「T1 」という。)の発生力F
M と逆変態終了温度Af+10(以下「T2 」とい
う。)の発生力FP は、逆変態温度AsまたはAfに依
存することがわかる。
一定たわみ下での発生力曲線(昇温過程)の挙動は図1
に示したとおりである。図1に見られるように逆変態開
始温度Af−10(以下「T1 」という。)の発生力F
M と逆変態終了温度Af+10(以下「T2 」とい
う。)の発生力FP は、逆変態温度AsまたはAfに依
存することがわかる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】従来、このNiTi系
形状記憶合金の逆変態温度As、Afは、熱処理温度、
NiとTiの組成比、および添加するFe、Co、M
n、Cr、V、Cuなどの含有量により変化することが
知られているが、他の方法は知られていなかった。
形状記憶合金の逆変態温度As、Afは、熱処理温度、
NiとTiの組成比、および添加するFe、Co、M
n、Cr、V、Cuなどの含有量により変化することが
知られているが、他の方法は知られていなかった。
【0006】また、このNiTi系形状記憶合金コイル
ばねは、成分組成が一定であれば、熱処理温度が決まる
と、逆変態温度As、Afが決まるので、T1 の発生力
FM、T2 の発生力FP 、発生力FP と発生力FM との
比(以下、「発生力比」という。)R(FM /FP )も
決まる。したがって、このNiTi系形状記憶合金のコ
イルばね温度T1 の発生力FMおよびT2 の発生力FP
のいずれか一方を所望の値にすることは、コイル形状
(線径、コイル径、有効巻数、自由長)を適宜選択する
こと、および熱処理条件を変更することにより可能であ
ったが、2点の発生力FM およびFP の両方を同時に所
望の値にすることは極めて困難であった。
ばねは、成分組成が一定であれば、熱処理温度が決まる
と、逆変態温度As、Afが決まるので、T1 の発生力
FM、T2 の発生力FP 、発生力FP と発生力FM との
比(以下、「発生力比」という。)R(FM /FP )も
決まる。したがって、このNiTi系形状記憶合金のコ
イルばね温度T1 の発生力FMおよびT2 の発生力FP
のいずれか一方を所望の値にすることは、コイル形状
(線径、コイル径、有効巻数、自由長)を適宜選択する
こと、および熱処理条件を変更することにより可能であ
ったが、2点の発生力FM およびFP の両方を同時に所
望の値にすることは極めて困難であった。
【0007】本発明は、逆変態温度開始温度Asを所望
の温度にすることができるコイルばね用NiTi形状記
憶合金の製造方法、および発生力比Rを所望の値(発生
力比を所望の値にすれば、コイル形状(線径、コイル
径、有効巻数、自由長)を適宜選択することにより、2
点の発生力FM およびFP の両方を同時に所望の値にす
ることができるから。)にすることができるコイルばね
用NiTi形状記憶合金の製造方法を提供することを目
的とするものである。
の温度にすることができるコイルばね用NiTi形状記
憶合金の製造方法、および発生力比Rを所望の値(発生
力比を所望の値にすれば、コイル形状(線径、コイル
径、有効巻数、自由長)を適宜選択することにより、2
点の発生力FM およびFP の両方を同時に所望の値にす
ることができるから。)にすることができるコイルばね
用NiTi形状記憶合金の製造方法を提供することを目
的とするものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、Ni:54〜57%、C:0.02〜0.12%お
よびO:0.02〜0.10%含有し、必要に応じてF
e、Co、Mn、CrおよびVの1種または2種以上を
合計で0.01〜0.30%ならびにCu:3.0〜1
0.0%を含み、残部実質的にTiからなるコイルばね
用NiTi系形状記憶合金の製造方法においては、逆変
態開始温度Asの温度を含有するC+Oの量を増減する
ことによって所望の温度に制御することである。
め、Ni:54〜57%、C:0.02〜0.12%お
よびO:0.02〜0.10%含有し、必要に応じてF
e、Co、Mn、CrおよびVの1種または2種以上を
合計で0.01〜0.30%ならびにCu:3.0〜1
0.0%を含み、残部実質的にTiからなるコイルばね
用NiTi系形状記憶合金の製造方法においては、逆変
態開始温度Asの温度を含有するC+Oの量を増減する
ことによって所望の温度に制御することである。
【0009】また、上記目的を達成するため、Ni:5
4〜57%、C:0.02〜0.12%およびO:0.
02〜0.10%を含有し、必要に応じてFe、Co、
Mn、CrおよびVの1種または2種以上を合計で0.
01〜0.30%ならびにCu:3.0〜10.0%を
含み、残部実質的にTiからなるコイルばね用NiTi
系形状記憶合金の製造方法においては、発生力比Rを含
有するC+Oの量を増減することによって所望の値に制
御することである。
4〜57%、C:0.02〜0.12%およびO:0.
02〜0.10%を含有し、必要に応じてFe、Co、
Mn、CrおよびVの1種または2種以上を合計で0.
01〜0.30%ならびにCu:3.0〜10.0%を
含み、残部実質的にTiからなるコイルばね用NiTi
系形状記憶合金の製造方法においては、発生力比Rを含
有するC+Oの量を増減することによって所望の値に制
御することである。
【0010】
【作用】NiTi系形状記憶合金は、C+Oの量を増加
すると、逆変態開始温度Asは直線的に低下することを
実験的に確認した。すなわちC+Oの量を増減すること
により逆変態開始温度Asを任意の温度にすることがで
きる。またC+Oの量を増加すると、発生力比は直線的
に増加することを確認した。すなわちC+Oの量を増減
することにより任意の発生力比Rにすることができ、コ
イル形状(線径、コイル径、有効巻数、自由長)などを
適宜選択することにより2点の発生力FMおよびFP の
両方を同時に所望の値にすることができる。
すると、逆変態開始温度Asは直線的に低下することを
実験的に確認した。すなわちC+Oの量を増減すること
により逆変態開始温度Asを任意の温度にすることがで
きる。またC+Oの量を増加すると、発生力比は直線的
に増加することを確認した。すなわちC+Oの量を増減
することにより任意の発生力比Rにすることができ、コ
イル形状(線径、コイル径、有効巻数、自由長)などを
適宜選択することにより2点の発生力FMおよびFP の
両方を同時に所望の値にすることができる。
【0011】C+Oの量を増加すると発生力比Rが高く
なる理由は、CがTiCの炭化物になり、まかOがTi
4 Ni2 O3 の酸化物になるので、これらの炭化物およ
び酸化物の存在が発生力FM の増大に寄与するためであ
る。また、逆変態開始温度Asの低下は、炭化物および
酸化物の存在によりNiTi相のNi濃度が増加するか
らである。
なる理由は、CがTiCの炭化物になり、まかOがTi
4 Ni2 O3 の酸化物になるので、これらの炭化物およ
び酸化物の存在が発生力FM の増大に寄与するためであ
る。また、逆変態開始温度Asの低下は、炭化物および
酸化物の存在によりNiTi相のNi濃度が増加するか
らである。
【0012】次に、本発明の対象となるNiTi系形状
記憶合金の含有量を限定した理由を説明する。 Ni:54〜57% Niは、54%未満でも、また57%を超えても形状記
憶特性を示さず、また加工性も低下するので、その範囲
を54〜57%とした。 C:0.02〜0.12% Cは、逆変態開始温度Asの温度および発生力比Rを変
えるために必要な元素で、0.02%より少ないと添加
効果がなく、また0.12%を超えるとTiCが多くな
り熱間加工性および冷間加工性が低下し、加工が困難に
なるので、その含有量の範囲を0.02〜0.12%と
した。
記憶合金の含有量を限定した理由を説明する。 Ni:54〜57% Niは、54%未満でも、また57%を超えても形状記
憶特性を示さず、また加工性も低下するので、その範囲
を54〜57%とした。 C:0.02〜0.12% Cは、逆変態開始温度Asの温度および発生力比Rを変
えるために必要な元素で、0.02%より少ないと添加
効果がなく、また0.12%を超えるとTiCが多くな
り熱間加工性および冷間加工性が低下し、加工が困難に
なるので、その含有量の範囲を0.02〜0.12%と
した。
【0013】O:0.02〜0.10% Oは、逆変態開始温度Asの温度および発生力比Rを変
えるために必要な元素で、0.02%より少ないと添加
効果がなく、また0.12%を超えると酸化物が多くな
って熱間加工性および冷間加工性が低下し、加工が困難
になるので、その含有量の範囲を0.02〜0.10%
とした。Fe、Co、Mn、CrおよびVの1種または
2種以上を合計で0.01〜0.30% これらの元素は、この含有範囲で材料の加工性、強度、
耐食性のいずれかを向上することができ、また逆変態温
度As、Afを低下することができる。 Cu:3.0〜10.0% Cuは、この含有範囲でマルテンサイトの降伏応力が小
さくなり、また逆変態温度As、Afを上昇することが
できる。
えるために必要な元素で、0.02%より少ないと添加
効果がなく、また0.12%を超えると酸化物が多くな
って熱間加工性および冷間加工性が低下し、加工が困難
になるので、その含有量の範囲を0.02〜0.10%
とした。Fe、Co、Mn、CrおよびVの1種または
2種以上を合計で0.01〜0.30% これらの元素は、この含有範囲で材料の加工性、強度、
耐食性のいずれかを向上することができ、また逆変態温
度As、Afを低下することができる。 Cu:3.0〜10.0% Cuは、この含有範囲でマルテンサイトの降伏応力が小
さくなり、また逆変態温度As、Afを上昇することが
できる。
【0014】
【発明の実施の形態】本発明の実施例を説明するが、こ
れらによって本発明が限定されるものではない。原料と
して、ペレット状Ni、スポンジTi、板状Ti(O:
0.30%)、粒状黒鉛を使用し、表1に示したような
組成比になるように配合した合金を真空高周波誘導溶解
炉を用いて50Kgのインゴットを製造した。このイン
ゴットを鍛造→熱間圧延(φ2.6mm)→冷間伸線
(φ2.0mm)→コイル化→拘束下記憶熱処理(45
0℃×1hr)→座面研磨してコイルばねを製造した。
れらによって本発明が限定されるものではない。原料と
して、ペレット状Ni、スポンジTi、板状Ti(O:
0.30%)、粒状黒鉛を使用し、表1に示したような
組成比になるように配合した合金を真空高周波誘導溶解
炉を用いて50Kgのインゴットを製造した。このイン
ゴットを鍛造→熱間圧延(φ2.6mm)→冷間伸線
(φ2.0mm)→コイル化→拘束下記憶熱処理(45
0℃×1hr)→座面研磨してコイルばねを製造した。
【0015】
【表1】
【0016】コイルの形状は、線径=φ2.0mm、コ
イルの内径Di=φ9.0mm、コイルの外径D=φ1
3.0mm、有効巻数=4.5回、自由長Lo〜32m
mである。コイルばね発生力評価法は、コイルばね設定
高さh=25.2mm、測定温度範囲=0〜80℃、加
熱冷却速度=2℃/分であった。
イルの内径Di=φ9.0mm、コイルの外径D=φ1
3.0mm、有効巻数=4.5回、自由長Lo〜32m
mである。コイルばね発生力評価法は、コイルばね設定
高さh=25.2mm、測定温度範囲=0〜80℃、加
熱冷却速度=2℃/分であった。
【0017】上記コイルをコイルばね発生力評価法で測
定した結果の逆変態開始温度As、測定したばね発生力
FP 、FM および発生力比R(FM /FP )は表2に示
したとおりである。この測定結果の逆変態開始温度As
または発生力比R(FM /FP )を縦軸にし、C+0の
含有量を横軸にしたグラフを図2および図3に示す。
定した結果の逆変態開始温度As、測定したばね発生力
FP 、FM および発生力比R(FM /FP )は表2に示
したとおりである。この測定結果の逆変態開始温度As
または発生力比R(FM /FP )を縦軸にし、C+0の
含有量を横軸にしたグラフを図2および図3に示す。
【0018】
【表2】
【0019】図2に示したようにC+Oの量の増加によ
り逆変態開始温度Asは若干バラツキがあるが、ほぼ直
線的に低下しているので、製造するコイルばね用NiT
i系形状記憶合金のC+Oの量を増減することにより逆
変態開始温度Asを任意の温度にすることができること
が分かる。また図3に示したようにC+Oの量の増加に
より発生力比R(FM /FP )は直線的に増加している
ので、製造するコイルばね用NiTi系形状記憶合金の
C+Oの量を増減することとコイル形状(線径、コイル
径、有効巻数、自由長)を適宜選択することを組み合わ
せることにより、2点の発生力FM 、FP を同時に所望
の値にすることができることが分かる。
り逆変態開始温度Asは若干バラツキがあるが、ほぼ直
線的に低下しているので、製造するコイルばね用NiT
i系形状記憶合金のC+Oの量を増減することにより逆
変態開始温度Asを任意の温度にすることができること
が分かる。また図3に示したようにC+Oの量の増加に
より発生力比R(FM /FP )は直線的に増加している
ので、製造するコイルばね用NiTi系形状記憶合金の
C+Oの量を増減することとコイル形状(線径、コイル
径、有効巻数、自由長)を適宜選択することを組み合わ
せることにより、2点の発生力FM 、FP を同時に所望
の値にすることができることが分かる。
【0020】
【発明の効果】本発明は、上記製造方法により、次のよ
うな優れた効果を奏する。 (1)C+Oの量を増減するだけで逆変態開始温度As
を所望の温度にすることができる。 (2)C+Oの量を増減するだけで発生力比を所望の値
にすることができるので、C+Oの量の増減とコイル形
状(線径、コイル径、有効巻数、自由長)を適宜選択す
ることなどにより2点の発生力FM 、FP を同時に所望
の値にすることができる。
うな優れた効果を奏する。 (1)C+Oの量を増減するだけで逆変態開始温度As
を所望の温度にすることができる。 (2)C+Oの量を増減するだけで発生力比を所望の値
にすることができるので、C+Oの量の増減とコイル形
状(線径、コイル径、有効巻数、自由長)を適宜選択す
ることなどにより2点の発生力FM 、FP を同時に所望
の値にすることができる。
【図1】発生力と温度の関係を示す模式図である。
【図2】NiTi系形状記憶合金の逆変態開始温度As
とC+Oの量との関係を示すグラフである。
とC+Oの量との関係を示すグラフである。
【図3】NiTi系形状記憶合金の発生力比R(FM /
FP )とC+Oの量との関係を示すグラフである。
FP )とC+Oの量との関係を示すグラフである。
Claims (2)
- 【請求項1】 重量%で(以下同じ)、Ni:54〜5
7%、C:0.02〜0.12%およびO:0.02〜
0.10%を含有し、必要に応じてFe、Co、Mn、
CrおよびVの1種または2種以上を合計で0.01〜
0.30%ならびにCu:3.0〜10.0%を含み、
残部実質的にTiからなるコイルばね用NiTi系形状
記憶合金の製造方法において、製造されるコイルばね用
NiTi系形状記憶合金の逆変態開始温度Asを含有す
るC+Oの量を増減することによって所望の値にするこ
とを特徴とするコイルばね用NiTi系形状記憶合金の
製造方法。 - 【請求項2】 Ni:54〜57%、C:0.02〜
0.12%およびO:0.02〜0.10%を含有し、
必要に応じてFe、Co、Mn、CrおよびVの1種ま
たは2種以上を合計で0.01〜0.30%ならびにC
u:3.0〜10.0%を含み、残部実質的にTiから
なるコイルばね用NiTi系形状記憶合金の製造方法に
おいて、製造されるコイルばね用NiTi系形状記憶合
金の逆変態開始温度As−10℃の発生力FM と逆変態
終了温度Af+10℃の発生力FP との比を添加するC
+Oの量を増減することによって所望の値にすることを
特徴とするコイルばね用NiTi系形状記憶合金の製造
方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP30045895A JPH09118967A (ja) | 1995-10-26 | 1995-10-26 | コイルばね用NiTi系形状記憶合金の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP30045895A JPH09118967A (ja) | 1995-10-26 | 1995-10-26 | コイルばね用NiTi系形状記憶合金の製造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH09118967A true JPH09118967A (ja) | 1997-05-06 |
Family
ID=17885045
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP30045895A Pending JPH09118967A (ja) | 1995-10-26 | 1995-10-26 | コイルばね用NiTi系形状記憶合金の製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH09118967A (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2000042317A1 (en) * | 1999-01-12 | 2000-07-20 | Siemens Automotive Corporation | Fuel pressure regulator with fuel temperature responsive shape memory calibration |
WO2012160956A1 (ja) * | 2011-05-26 | 2012-11-29 | テルモ株式会社 | 医療用具用複合材料およびその製造方法 |
JP2016027200A (ja) * | 2014-06-24 | 2016-02-18 | 国立大学法人東北大学 | NiTi系超弾性合金材料または形状記憶合金材料及びこれを用いた線材または管材 |
US20220220581A1 (en) * | 2019-05-29 | 2022-07-14 | Furukawa Techno Material Co., Ltd. | Ni-Ti-BASED ALLOY MATERIAL, METHOD FOR PRODUCING Ni-Ti-BASED ALLOY MATERIAL, AND WIRE OR TUBE INCLUDING Ni-Ti-BASED ALLOY MATERIAL |
-
1995
- 1995-10-26 JP JP30045895A patent/JPH09118967A/ja active Pending
Cited By (9)
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CN103547691A (zh) * | 2011-05-26 | 2014-01-29 | 泰尔茂株式会社 | 医疗用具用复合材料及其制造方法 |
JPWO2012160956A1 (ja) * | 2011-05-26 | 2014-07-31 | テルモ株式会社 | 医療用具用複合材料およびその製造方法 |
JP5915910B2 (ja) * | 2011-05-26 | 2016-05-11 | テルモ株式会社 | 医療用具用複合材料およびその製造方法 |
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