JPS5935978B2 - 形状記憶チタン合金 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は形状記憶チタン合金に関する。

金属が元の形を記憶しており、これを低温で変形させ、
これを加熱すると元の形に戻る形状記憶現象を示す合金
が近年開発されてきている。

これらの合金で実用化されているものにＮｉＴｉと銅基
合金とがある。これらの合金は各種の配管の継手、温室
の窓の開閉等の温度によって作動する機械部品、歯列矯
正用ワイヤー等の医療用材料として利用されている。し
かし、これらの合金のほとんどは、結晶格子の中で特定
の原子が規則的に配列した金属間化合物であるために、
鍛造、圧延、線引き等の加工が困難であることおよび形
状回復温度が低く１００℃以上で回復するものはほとん
どな（、その利用条件に制約がある等の欠点がある。

本発明はこれらの欠点を改善すべくなされたもので、そ
の目的は、加工性が良好で、且つ形状回復温度も１００
℃以上の高温である形状記憶合金を提供するにある。

また他の目的は、加工が容易である上に、軽量、高強度
で、かつ耐食性の良好な形状記憶合金を提供するにある
。形状記憶現象は、合金を高温から冷却した際に急激に
結晶構造が変り始める温度、すなわちＭｓ温度と、低温
から加熱した際に結晶構造が元に戻り始める温度、すな
わちＡｓ温度、Ｍｓ温度とＡｓ温度の温度差、高温相と
低温相、すなわちマルテンサイト相の結晶構造、これら
の相の加工による変形挙動、加工によるＭｓ温度とＡｓ
温度の変化、および高温相と低温相以外の析出相の有無
等に密接な関連がある。

本発明者はチタン合金のマルテンサイト相の結晶構造に
ついて研究中のところ、（１）モリブデンを含むチタン
合金のＭｓ温度は、１重量％Ｍｏで７００℃であるが、
Ｍｏの増加と共に低下し、１３重量％Ｍ、Ｏ、附近で室
温になる。

またこのＭｓ温度の低下と同時にＭｏ量の増加に伴って
結晶構造は次第に体心立方晶の高温相に近（なる。この
高温相とマルテンサイト相の結晶構造の関％はＭｏ量が
１０〜１５％の間で形状記憶現象を示すのに適当である
ことを知見した。また、チタンとモリブデンの２元合金
では冷却の過程で析出相であるオメガ相が多量に現われ
る。

このオメガ相が存在するとマルテンサイト相が元の高温
相に戻りにくくなりＡｓ温度が上昇する。そのため形状
記憶現象を示しに（くなる。これに適量のアルミニウム
を添加すると、オメガ相の析出が抑制され、顕著な形状
記憶現象を示すものとなることを知見した。この知見に
基づいて本発明を完成した。本発明の形状記憶合金は、
チタンに１０−１５重量％のモリブデンを含有させたも
のからなるチタン合金、および前記チタン合金に更に５
重量％以下のアルミニクムを含有させたものからなるチ
タン合金であるどとを特徴とする。

モリブデン含量が１０〜１５重量係の範囲外では形状記
憶現象が悪くなる。

またアルミニウムの含量が５重量係を超えると、通常の
焼入れ温度である１０００℃以下で、α２相と呼ばれる
粕が現われるために形状記憶現象が悪くなる。本発明の
形状記憶合金は、休心立方格子の中で、チタンとモリブ
デン、チタン、モリブデンとアルミニクムが不規則に配
列したβ型固溶体チタン合金である。

このため熱間加工および冷間加エカ；容易で、しかも軽
量、高強度で耐食性も良好であるので、各種配管の継手
、温度変化に対し作動する機械部品等に利用するのに好
適である。また加工費は加工性が良好であるため、Ｎｉ
Ｔｉ合金の一以下となる。更に形状回復温度もモリブデ
ンの添加量を調節することによって、−１００〜３００
℃の広範囲の温度でかつ３００℃までの高い温度で優れ
た効果を有する。実施例 １ チタンに１２重量係のヱリプデンと３重ｉ％のアルミニ
ウムを含む合金を非消耗電極式アーク溶解してインゴッ
トを作った。

これを熱間圧延および冷間圧延によって０．５ｍｍ厚の
板とした。この板から試験片を切出し、該試験片を９０
０℃で３０分間加熱した後水焼入れして形状記憶チタン
合金を作った。この形状記憶チタン合金の形状回復特性
は第１図に示す通りであった。

すなわち、７７℃で４幅の引張り変形を与えた場合、応
力一ひすみ曲線はａのようになり、この後応力を取去る
とｂを通り２係の変形が残る。ここで２２７℃に温度を
上げるとＣを通って最初の状態に戻る。すなわち、温度
を上げることによって形状を回復する。再び７７℃で４
係の引張一り変形を与えるとａと同じＤ，を通る。ここ
で形状が変らないようにして２２７℃に温度を上げると
ｅのように１２ｋｇ／ｍ？ｔの応力が上昇する。この応
力の増加分が形状回復力に相当する。ｆは２２７℃にお
ける除荷重時の応力ーひすみ曲線を示す。実施例 ２ チタンに１２重量係のモリブデンを含む合金を非消耗電
極式アーク溶解してインゴットを作り、これを熱間圧延
および冷間圧延によって０．５ｍｍの厚さの板とした。

この板から試験片を切出し、これを８５０℃で３０分間
加熱した後水焼入れして形状記憶チタン合金を作った。
この形状記憶チタン合金の形状回復特性は第２図に示す
通りであった。

７７℃で約５係の引張り変形を与えた場合の応力一ひす
み曲線はａのようになる。

その後応力を除去するとｂを通り約２係の変形が残る。
ここで２２７℃に温度を上げるとＣを通って約１係の伸
びた状態に戻る。すなわち、温度を上げることによって
、約１係の伸び分の形状に回復する。再び７７℃で変形
を与えろとｄの応力ーひすみ曲線を示す。約５係の変形
を与えたところで固定し、形状が変らないようにして温
度を２２７℃に上げるとｅのように約５ｋ９／一の応力
が上昇する。この応力増加分が形状回復力に相当する。
ｆは２２７℃における除荷重時の応力ーひすみ曲線を示
す。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の形状記憶チタン合金の形状回復特性を示
す応カーひすみ曲線を示すものであり、第１図はＴｉ−
１２’ＦｂＭＯ−３％ＡＩ合金の場合、第２図はＴｉ−
１２％ＭＯ合金の場合を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ チタンに１０〜１５重量％のモリブデンを含有させ
   たものからなる形状記憶チタン合金。 ２ チタンに１０〜１５重量％のモリブデンおよび５重
   量％以下のアルミニウムを含有させたものからなる形状
   記憶チタン。