JPS6077947A - 銅基形状記憶合金 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、形状記憶効果、超弾性挙動を有する銅基機能
合金に関するもので、詳しくは上記銅基機能合金の特性
改善を目的としたものである。

ここで−形状記憶効果あるいは超弾性挙動というのは１
合金のマルテンサイト変態に起因するとされる現象で、
前者は合金の変態温度域を挟んで高温側での形状と〜低
温側での形状との間に一方的若しくは可逆的な形状の復
元現象が現出することを指し１後者は応力誘起マルテン
サイトがその温度では熱的に安定でない温度領域で変形
を行った時現出するものであり１見かけ」二の大きな更
性盈みが変形応力除去後はとんど完全に回復する現象を
いう。さて１従来Ａ形状記俤効果や超弾性挙動（以下１
これらをまとめて機能効果という。）を有する機能合金
としてＮｉ−Ｔｉ合金）Ａｕ−Ｃｄ合金１の他銅合金で
はＣｕ−Ａｌ−Ｎｉ合金などが知られている。しかしな
がら、Ｎｉ−Ｔｉ合金は良好な機能特性を有するものの
その溶製や熱処理が非常に困難であるため実用範囲が限
定され−Ａｕ−Ｃｄ合金は原材料が高価なため実用化し
得ない。しかるにＣｕ−Ａｌ−Ｎｉ合金の場合は原材料
が安価なうえ形状記憶効果や超弾性挙動にも優れた特性
を示し１溶解作業なども比較的容易なため）今後の工業
的利用が太いに期待されている。しかしながらＣｕ　−
Ａｌ−Ｎｉ合金は〜楢造時にも粗大な柱状晶が発達しや
すい他１高温での均質化焼鈍や熱間圧延さらにはβ相か
らのβ化処理などにおいて結晶粒が粗大化しゃす〈１こ
れが多粕品の製品の機能特性や加工性に対してしばしば
好ましくない影響を与えていた。

本発明は）かかる従来例の欠点に鑑みてなされたもので
１その目的とするところは％　Ｃｕ　ＡＩ　Ｎ１合金に
おける硝造組識の微細化や１高温加熱時の結晶粒の粗大
化防止などを）変庫温度域の変動なくしてこれを実現し
、これによって機能特性の改善や加工性の向上を達成し
得た銅基機能合金を提供するにある。

以下へ発明を詳述する。本第１発明はＡ１９〜１５重量
％、Ｎｉ　０．０５〜１０重ｉ％、Ｂｏ、　０１〜０．
１重量％を含有し、残部が０より成る銅基機能合金であ
シ）第２発明はこれにＣｒｓ　Ｔｉｓ　Ｖ％　Ｎｂｓ　
Ｚｒｔ　Ｍｎ１Ｆｅなどの金属のいずれか７種類又はそ
れ以上を０．０１〜０．５重量％の範囲内で添加した銅
基機能合金である。ここで、　ＡＩ含有量を９〜１５重
量％と規定したのは〜Ａ１はその範囲内でなければ高温
においてもβ相構造とはなシ得ず１熱処理を加えても形
状記憶効果も超弾性挙動も現出し得ないがらである。

また％　Ｎｉは機能効果を現出させる使用温度域を制御
する目的で添加されＸｏ、０５重量％以下ではその効果
が期待し得ず１逆に１０重量％以上では加工性を害する
恐れがある。次にＢは１Ｂの粒界偏析により粒界を強化
すると共に結晶粒の微細化のために添加されるものであ
シ）これにより熱間加工中の割れを防止し圧延を容易に
する。さらに第２図に示すようにＢ添加により高温での
伸びが顕著に改善され１加えて常温での伸びも改善され
）強度も上昇する。また〜前述の結晶粒の微細化は１熱
疲労）機械的疲労強度の向上に寄与する。Ｂの浦１加量
が０．０１％重量％未満の場合前記の粒界強化１結晶粒
の微細化効果が小さく逆にＢがｏ、ｉ４重量％よシ過大
な場合１溶解・を造の均一性を害する他）変態温度域の
変動要因となるだけである。次に！＆＋ＸＰｅ１Ｃｒ、
　Ｔｉ）Ｖ、、Ｎｂｓ　Ｚｒ等の添加による効果をＣｒ
を代表して詳述すると、　ＣｒはＢと微細な化合物粒子
（例えばＢＣｒＳＣｒｓＢ３　％　Ｃｒ、Ｂｓ　Ｃｒ、
Ｂなど）を作シ）結晶粒界のピン止め効果を奏する他）
ｆ造組織が例えば０．１重量％Ｃｒの添加によシ１柱状
晶が消え１全て等軸晶粒となシ１その後の加工でクラッ
クが入シにくい）Ｃｒ量が増加するにつれて１その等軸
晶粒の粒径がさらに微細化されるＡ７５００Ｃにおける
熱間圧延後に８５０−９００°Ｃにて行う溶体化（β化
処理）処理時に結晶粒の粗大化が顕著に抑制される。（
写真／〜Ｓ）これはＣｒとＢの化合物の微細粒子のピン
止め効果によると考えられ、　Ｃｒ単独添加による微細
化とは根本的に機構が異なり、微量のＢとＣｒで著しい
効果を得られ為しかも１ＪＪｉでよいため）マルテンサ
イト変態温度等の諸特性をほとんど変化させることがな
（ｓｃｒ単独で同じ粒径を得ようとすると／重量％以上
の添加が必要となシＡ加工が困難となシ１クラックが入
るのみならず１マルテンサイト変態温度その他の諸特性
を大幅に変えてしまい１実用性がなく々るなと）Ｃｒ添
加による効果は著しいものがある。

ここでＣｒ添加量をｏ、ｏｉ４重量９６〜０．５重量％
とじたのは、通常Ｃｒ添加量は化合物形成の関係からＢ
添加量の等量〜Ｓ倍程度必要であるためで、０．０１重
量％以下ではＣｒ添加の効果が乏しく１逆に０．５重量
％を越えるとＣｒ添加の整置が発生するためである。な
お、Ｃｒを中心に説明したが）Ｔ１、ｖ）”Ｊｂ）Ｚｒ
ｓ　Ｍｎｓ　Ｆｅ等もＣｒと同じ効果を生ずるものであ
る。

本発明の第７は１Ｂ添加により、Ｃｕ−Ａｌ−Ｎｉ合金
の変態温度域をほとんど変動させることなく、葡造材の
結晶粒の微細化（即ち１柱状品が微細化され九等軸晶粒
が増加する。）％Ｂの粒界偏析による粒界強化と結晶粒
の微細化が達成し得１熱間加工中の割れを生ぜず圧延が
容易になシ１高温並びに′帛温での伸びの改善）強度の
上昇）細粒化による熱疲労、機械的疲労強度の向上をな
し得るという利点があり、本発明の第ａはＣｒをはじめ
Ｔ１、Ｖ−、Ｎｂ−、Ｚｒｓ　Ｍｎ）Ｆｅの７種又は複
数種の微量添加によシ、Ｉ造羽の柱状晶が消え、全て等
軸品粒となり１さらにＣｒ量の増加と共に粒径の微細化
が行われる。さらにＣｒ量の増加と共に粒径の微細化が
行われる。さらに、これら添加元素とＢとの微細化合物
粒子による結晶粒界ビン止め効果による熱間圧延後の溶
体化処理時における結晶粒の粗大化の防止を達成し得）
しかも微量添加であるためα−Ａｌ−Ｎｉ合金の緒特性
を変化させることなく細粒化をなし得〜熱疲労特性１機
械的疲労特性１引張強度等の特性を向上させることがで
きるという利点がある。

一実施例／− ９９，９％電気銅、９９．９９％ＡＩ、Ｎｉ−１５％Ｂ
母合金、Ｃｕ　５９１Ｃｒ母合金を用い１％１表に示す
組成の合金を高周波真空溶解炉にて溶解−を造し、薪造
租織を観察した。

第１表 ここで）ＢとＣｒの協同効果は顕著なものがあシ）Ｃｒ
量が０・１％で薪造組織が全て等軸晶粒となっている。

これは１ＢとＣｒの化合物粒子の存在に依るものと考え
られる。

一実施例２− 実施例／で溶製したインゴットを５ｍ厚に切断し〜９０
０°Ｃにて均一化焼鈍したのち直ちに水焼入し１７５０
°Ｃにて熱間圧延し１１５回パスで０．５ｍｍ厚まで圧
延い第２表の結果を得た。

第２表 （表中の第４んｆｌｌｉＢは各合金との対応関係を示し
へ第４〜／）日及び平均粒度は実施例８で得られたもの
である。） （、・ｌＦ盈色　） （ユメ下４色　） 以上より （ａ）　圧延性に及ぼすＢの効果大きく１クラツク阻止
効果大である。

（ｂ）ＢＫＣｒをさらに添加すると１ Ｃｒが０．５Ｍ量％迄は加工性全く問題なし。

Ｃｒを０．３〜０．５重量％の範囲で複合添加すると加
工性がさらに改善される。

Ｃｒが１．０重量％以上になると逆に加工性が悪くなる
。

（Ｃ）　以上のことからＣｒ量は０．５重量％迄が良く
−さらにＣｒ単独添加よシもＢｌ！ｌ：Ｃｒとの複合添
加の方が顕著に優れていることがわかる。

一実施例３− 熱間加工後１９００°Ｃでの溶体化処理ζβ化処理）後
の結晶粒度に及ぼすＢ％　Ｃｒの影響。

（実際の製品として使う場合１この粒度が問題となり１
粒度が小さい程熱的１機械的強度が優れると考えられる
。） Ｃｕ−１４Ｎｉ−３ＡＩ　にＢ１Ｃｒを単独および複合
添加し処理し１水焼入した時の粒度とその組織写真を第
１図及び写真／〜ｇに示す。（倍率は全て９０倍）第１
図では、Ｏ，’０５重量％Ｂと０．１重量％Ｃｒの複合
添加により）結晶粒微細化に顕著な効果があることがわ
かる。これは、この配合比がＢとＣｒの化合物の粒径及
び分布を丁度結晶粒界の移動阻止効果（ピンニング効果
）に最適にするためと考えられる。ゝ 一実施例グー 引張シ強度１伸びに及はすＣｒ５Ｂの効果。

インストロン型引張試験機にて引張速度０．５卿／ｍｉ
ｎで引張試験を行った。その結果を第２図に示せ。

Ｂ添加によ９１４００８０以上での伸びが飛躍的に上昇
することがわかる。Ｃｒを複合添加するとさらに改善さ
れる。これは、Ｂ並びにＢとＣｒとの化合物微粒子の粒
界偏析による効果と考えられる。

一実施例Ｓ− マルテンサイト変態温度に及ぼすＢｓＣｒの影響。

Ｃｕ　−１４ＡＩ　−３Ｎｉ合金を８００’０１３０分
間溶体化処理した後水冷した試料をＤＳＣ（走査型熱量
側）で測定し、　Ｃｕ−１４ＡＩ−３Ｎｉ合金の変態点
図（第３図）を得だろ同様にしてＣｕ−１４ＡＩ　−３
Ｎｉ　−０，０５Ｂ合金、龜−１４ＡＩ　−３Ｎｉ−０
，０５Ｂ−ＸＣｒを測定し、第３表を得た。

第３表 （〉ス下イに自　） ここで、　０．０５Ｂ添加材の結果を示すが１全体に５
〜７°Ｃ上昇する傾向にあるが、ヒステリシス（（Ｍｓ
−Ｍｆ、　Ａｆ−Ａｓ）の温度差〕の形状には余り影響
せず良好である。Ｃｒを複合添加した場合０．５９；Ｃ
ｒ以上添加した時かなり変態温度を」二昇させる傾向に
あるが−０，３％Ｃｒ以下では０．０５９６Ｂ単独添加
の場合と余り変らない。

【図面の簡単な説明】

第１図はＣｕ−１４９ｉ　Ａｌ　−３９６Ｎｉ合金及び
Ｃｕ−１４％Ａｌ−３％Ｎ：Ｌ−０．０５％Ｂ合金の結
晶粒径に及ぼすＣｒ添加の効果を示すグラフへ第２図は
Ｃｕ　−１４ＡＩ　−３Ｎｉ合金、０．０５Ｂ添加合金
、０．０５Ｂ−０，１Ｃｒ複合添加合金の伸び一温度関
係グラフ１第３図はＣｕ−１４ＡＩ−３Ｎｉ合金の変態
点図）￥４囚は実施例３で得られた試料０１の組織写真
）第５１ｉｉ１７は試料０２の組織写真Ａ第６図は試料
Ｇ１の組織写真１ギア昭は試料Ｇ２の組織写真、第８副
は試料Ｇ３の組織写真）澤デａは試料Ｒ１の組織写Ｘ）
葎／θ口は試料Ｒ２の組織写真１’４１／ｒＢは試料Ｒ
３の組織写真である。 第１図 Ｃｒ量（ｗｔ’１０） 第２図 うＬ度（０Ｃ） 第３図 図面の浄舎（内容に変更ない 第４図 （ＸりＯ） 第５図 （％ｑｏ） 図面の汀ＩＣ（内容に変更なし） 第６図 ｒｘデＯノ 図面の杼］（内容に変更なし） 第８図 （ｘ　９０ン 図面の６１３（内容に変更なし） 第１０図 （ｘｆｌ）） （×宍υ 昭和５８年特許Ｍｆ５１８６ＧＩＯ号 ２・発明の名称 銅基俄能合金 住ｍ　兵Ｒ県ｊＪｊ”！ｊ　７＋１　：Ｉｊ　’Ｊ二’
ｌＪｒ　’ｍｆ　１ａ’Ｉ　耳’３　’］−目１４　（
７）　７氏名　萩野喜清 ４・代理人

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）　Ａ１９〜１５重量％と％　Ｎｉ０．０５〜１０
   重量％と、Ｂｏ、０１〜０．１正量％とを含有しき残部
   がＣｕよシ成ることを特徴とする銅基機能合金。
2. （２）　ＡＩ９〜１５Ｍ量％と、Ｎｉ　Ｏ，０５〜１０
   重量％と、Ｂｏ、０１−０．１重量％と、ＣｒｌＴｉｌ
   Ｖ％　Ｎｂ−、ＺｒＸＭｎ、　Ｆｅなどの金属の何れか
   ７種類又はそれ以上を０．０１〜０．５重量％の範囲内
   で添加し、残部がＣｕ、ｌ：ｊ＋成ることを特徴とする
   銅基機能合金。