JPH10505007A - 形状記憶金属の機械加工 - Google Patents
形状記憶金属の機械加工Info
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- JPH10505007A JPH10505007A JP8517535A JP51753596A JPH10505007A JP H10505007 A JPH10505007 A JP H10505007A JP 8517535 A JP8517535 A JP 8517535A JP 51753596 A JP51753596 A JP 51753596A JP H10505007 A JPH10505007 A JP H10505007A
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Abstract
(57)【要約】
形状記憶金属のNiTi基チューブは押出加工によって製造される。即ち、a)形状記憶金属のブランクから出発し、b)中央穴を前記ブランクに穿孔し、c)芯を前記中央穴に導入し、その後前記ブランクを鋳型で好ましくは二つのゲーブルで包み、それによって前記ブランクを周囲雰囲気から隔離し、d)包まれた前記ブランクを加熱しかつ押出加工し、e)押出加工した前記ブランクの端部を除去し、且つf)また、前記芯と周囲を囲む前記鋳型とを除去する。この方法によって、≧1/2mのような従来得られない長さのNiTi基形状記憶金属のチューブを製造することが達成された。
Description
【発明の詳細な説明】
形状記憶金属の機械加工
本発明は形状記憶金属のチューブの押出加工方法に関し、特にNiTi型の形
状記憶金属とこの方法により製造されたチューブに関する。
いわゆる、形状記憶金属は、単態から逸脱したその熱力学的性質により特徴ず
けられる材料の群に関連するものある。特に、NiTi基合金及びβ黄銅と呼ば
れる銅合金がこれらに属する。形状記憶金属の組成、性質及び用途は、この分野
における多くの出版物によって知られている(参照、例えば、Walter S.Owen:
Shape memory effects and applications.an overviw.Sape memory effects i
n allys,edited by Jeff Perkins,1975.Plenum press New York:Process of
Int.Symposium on shape memory effects and applications,Toronto.Canad
a.19.-22.5.1975)。形状記憶金属は、それらの相変態(マルテンサイト状態か
らオーステナイト状態への変態及びその逆変態)が、幅30℃程度の非常に限定
された温度領域内で生じることを特徴とする。
所望の形状記憶金属を押出加工する理由は、これら材料が、早い工具摩耗と遅
い生産性のため、切削工具による機械加工が難しいことにある。例えば、継手及
び小さなリングを製造する場合、切削加工に代えて押出加工によってこれらのチ
ューブを製造することは非常に有利なことである。しかしながら、NiTi型の
形状記憶金属における押出加工の熱処理は非常に難しく、この材料は高温で酸素
に対して非常に親和力があるので、著し酸化及び材料の損失をもたらす。
したがって、本発明の第1の目的は、通常の形状記憶金属、特に、NiTi基
形状記憶合金の押出加工を可能にする方法を提供することである。
本発明の第2の目的は、一般に形状記憶金属、特にNiTi基形状記憶合金の
押出チューブを提供することである。
限定するものではないが説明に利用するため、本発明に従うチューブ製法を模
式的に示す添付図面を参照して、本発明をさらに詳細に次に記載する。
例となる実施例に使用した形状記憶金属は、ニオブ添加したNiTi基の合金
からなる。元素は、35〜60wt%のNi、35〜60wt%のTi、1〜3
0wt%のNb、好ましくはそれぞれ40〜60wt%のNiとTi、及び1〜
20wt%のNbを適切に変化させること可能である。実際の実施例においては
、NiとTiの双方の濃度は45±2wt%であり、且つNbは10±4wt%
であり、そして不可避的不純物を含んでいた。
本発明の方法によれば、形状記憶合金の中実棒1から出発する。工程(a)を
参照。この棒を同心に貫通して穴2が慣用の方法で穿孔され、そのため、穴は棒
の中心軸付近に芯合わせされる。工程(b)。棒1が完全に丸くなく或いは一様
でなく及び/または外側表面が粗い場合は、その後、十分良好な表面平滑度と円
筒度を得るために、旋削作業を行う必要がある。この作業は後でキャップ5と良
好な嵌合を得るために適切である。以下参照。この場合には、中心穿孔後に旋削
を実施する必要がある。
中心穿孔をし、可能なら旋削をし且つ、例えば、適切なアルカリ溶液により脱
脂させた後に、主として空気中の酸素を排除するため、前準備したブランク3を
キャップする。工程(c)を参照。しかしながら、この包み込みをする前に、ブ
ランク3と同一長さで適切
に嵌合する芯4を穴2に適切に嵌め込む。タルク及びタルク含有混合物のような
適切な剥離剤の導入のために、ブランクと芯の間に間隙があるのが好ましい。包
み込みはマンドレルの使用を妨げることから、内部マンドレルの代わりに芯4は
押出加工時に使用するのである。さらに、一様で良好な嵌合するスリーブまたキ
ャップ5が、ブランク3の包装材料表面上にねじ込まれる。キャップはブランク
3と同じ長さを有している。この後二つのゲーブル部片6と7が、鋳型5の端部
表面及び周辺に溶接される。押出加工方向に見られたとき、前方側のゲーブル7
は縁部の付近に適切な丸み付けられ、押出加工に都合良くなる。
芯4、鋳型5及びゲーブル6、7に使用される材料は、当然広い制限内で代え
ることができるが、試験で次の合金が使用され、重量%で示す。
押出加工を可能にするために、ブランク3、芯4、鋳型5及びゲーブル6、7
からなる準備された製品ブランクまたはブロック8は、約1040℃に加熱され
且つ外側を硝子で潤滑した。しかしながら、押出加工温度は、形状記憶合金に依
存して広範囲に変化することができ、900と1150℃、好ましくは1000
と1050℃の範囲が適切である。
その後、前準備した押出ブロックを、工程(d)にしたがって押出加工した。
準備されたチューブの寸法は広い制限内で変化させる
ことができ、ブランクと鋳型と芯との寸法、及び押し出されたものの寸法に依存
する。例えば、厚い壁の鋳型を使用する場合には、その時はより小さな直径の準
備された押出チューブが得られる。その上、太い芯の使用は、薄い壁のチューブ
が得られる。小さな直径に押出加工する場合は、大きな直径に押し出されたもの
より当然長いチューブが得られる。
押出加工後、端部が工程(e)にしたがって切断される。一般に、押出加工前
後(即ち、切断後も)の典型的な押出加工率は、7から18倍、好ましくは10
から15倍である。
切断、冷却及び矯正後(例えば、プレスまたはローラー矯正)、鋳型5’が除
去され、それは種々の方法で行うことができる。一般に、チューブ3’の表面は
、十分に平滑にするために綺麗に旋削する必要があり、同じ加工方法で鋳型5’
を旋削外しすることを含む。鋳型は適切な酸洗い浴で酸洗いすることもできる。
芯4’は異なる方法でも取り外すことができる。長いチューブ、例えば10m
までものを作るときに、芯を10〜30%、好ましくは約20%引き延ばすこと
により取り外す。それによって、芯の直径が芯全長に沿って一様に減少され、そ
の後容易に取り外され、それによって準備されたチューブが残る。工程(f)を
参照する。芯を引き延ばすため、チューブ部片は各端部を旋削削除され、上記旋
削によりむき出しにした芯の一部を牽引装置で掴む。より短いチューブ部片では
、芯は引き延ばしに代えて穿孔される。
実施例
上記組成に従う形状記憶金属は、工程(a)、(b)、(c)に従って準備さ
れた押出加工ブロックにされ、このブロックは次の寸法であった。
ブランク直径: 71mm
鋳型を含むブランク直径: 77mm
芯(Hadfield): 31mm
ブランクおよび鋳型の長さ: 350mm
ブロックは1040℃で868Mpa(8850kp/cm2)のプレス力で
135mm/sのプレス速度で押出加工をした。それによって、19.1mmの
直径の鋳型と共にブロックが得られ、準備されたチューブは17.2mmの直径
であった。準備されたチューブの壁厚さは、約4.6mmであり、且つその長さ
約4500mmであった。
寸法は使用する押出加工プレスの大きさに当然依存しうる範囲にある。上記の
実施例では、約1300Mpa(13300kp/cm2)の最大プレス力を備
えるプレスを使用し、77mmの最大出発直径であった。すなわち、これは鋳型
を含むブランクが77mmを越えない直径を有することを意味する。この条件の
下で、準備されたチューブの寸法は10から47mmの範囲であった。上記最小
直径は約20.6mの長さを意味し、一方、上記最大直径は約0.94mのチュ
ーブ長さが得られ、上記の試験因子の下で得られた。上記のものより短いブラン
クおよび長いブランクも勿論実行することができ、例えば、200mm以下から
400mmまでが可能である。壁厚さは芯を任意の寸法にすることによって変化
することができ、且つ、2から15mmの間にある。
大きなプレスを使用するならば、寸法範囲は大きな直径の仕上がりチューブへ
と増加することができる。すなわち、適切なプレスでもって、約100mmまで
ものチューブ直径に到達できる。
このように包み込んだ押出加工は、NiTi基形状記憶金属が驚くべき良好な
結果を示した。すなわち、棒材料からその後所望の製
品にさらに機械加工しうる得るチューブを製造することが十分可能であることが
判明した。これは、従来必要であった切削加工の必要性を劇的に減少でき、ある
いは全く除去され、時間と価格をかなり節約することが特に含まれる。NiTi
型の形状記憶合金は、大きな耐摩耗性を有するので切削による加工が困難である
。さらに、ゲーブル、鋳型及び芯とともに形状記憶金属が押出加工をすることが
非常に容易であることが観察された。
穴を棒1に穿孔することが必要であることは次のような事実から大きな欠点で
なく、即ち、実施例によると、バーは約30cmのみであり、押出加工後には数
メートルにもなる。これに関して、このような長い形状記憶金属のチューブ(例
えば≧1/2m)は、穿孔するときの芯合わせ精度が不十分なために、切削加工
により製造することが非常に困難なことが強調される。
光学顕微鏡を使用することにより、押出加工前後の形状記憶合金の顕微鏡組織
の検討が行われた。この検討結果から、さらに均質な組織が、より一様に分布し
たニオブ粒子を有し、押出加工したチューブで得られことが分かった。この一様
な分布は本質的に驚くべきことである。ニオブ粒子の機能は、形状記憶金属がそ
の初期形状を自動的に回復させるその温度を上昇させることにある。それは上記
粒子が金属の所期形状の回復に反作用するからである。
次に示される押出加工前の棒及び仕上げ押出加工後のチューブの測定値は、ニ
オブ粒子に関して得られた。
棒: 平均長さ 79μm
平均幅 1.5μm
チューブ: 平均長さ 6.9μm
平均幅 1.4μm
この測定値はニオブ粒子の平均長さが押出加工で激しく減少した
ことを示しす。押出加工されたチューブは15μmより大きなニオブ粒子平均長
さをもたない。
比較試験が同一ブランクでも行われ、しかしながら、包み込まれず芯4を備え
ただけであった。たくさんの割れがある全く劣った製品が得られた。これは、空
気の自由な接近による激しい酸化に依存することを示唆する。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1.形状記憶金属のチューブ製造方法であって、 (a)形状記憶金属のブランクから出発し、 (b)中央穴を前記ブランクに穿孔し、 (c)芯を前記中央穴に導入し、その後前記ブランクを鋳型及び好ましくは二 つのゲーブルで包み、それによって前記ブランクを周囲雰囲気から隔離し、 (d)包んだ前記ブランクを加熱し且つ押出加工をし (e)押出加工した前記ブランクの端部を除去し、且つ (f)前記芯と周囲を囲む前記鋳型とを除去する ことを特徴とする形状記憶金属のチューブ製造方法。 2.出発する前記ブランクが筒状であることを特徴とする請求項1記載の方法 。 3.前記形状記憶金属がNiTi基である請求項1または2記載の方法。 4.前記形状記憶金属が、35〜60wt%のニッケル、35〜60wt%の チタニウム及び1〜30wt%のニオブを含んでなることを特徴とする請求項3 記載の方法。 5.押出加工によって製造されたることを特徴とする主としてNiTi形状記 憶金属からなるチューブ形状製品。 6.35〜60wt%のニッケル、35〜60wt%のチタニウム及び1〜3 0wt%のニオブを含有することを特徴とする請求項5記載のチューブ形状製品 。 7.前記ニオブの粒子の平均長さが≦15μmであることを特徴とする請求項 6記載のチューブ形状製品。 8.長さが1/2mを越えることを特徴とする請求項6または7 記載のチューブ形状製品。
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