JPS6083753A - 機能合金部材の製造方法 - 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】 発明の分野 この発明は、Ｃｕ　−Ｚｎ　−ＡＩ　、Ｃｕ　−ＡＩ　
−Ｎ１などの形状配憶効果（それに付随する超弾性効果
、防振効果を含む）を示すβ黄銅型合金からなる部材の
製造方法に関するものである。

先行技術の説明 Ｑｕ　−Ｚｎ−ＡＩ系機能合金やＣｕ　−ＡＩ　−Ｎ１
系機能合金は、その原料費が安価でありかつ溶解作業性
や加工性も比較的良好であるので、銅系機能合金のうち
では有望視されている。しかしながら、主に次のような
欠点を有している。

すなわち、その１つは、熱間加工工程や形、状記憶効果
を付与する工程において、結晶粒が粗大化しやすく形状
記憶特性が劣化することであり、他の１つは、結晶粒の
粗大化に伴ない耐疲労特性が劣化したり結晶粒界で割れ
やすくなること、である。

より詳細に述べると、銅系機能合金部材は、組成的に均
一であることが好ましい。そのために、高温で均一化焼
鈍処理を施す工程、共析反応を生じない゛高温域での熱
間加工工程、さらには形状記憶効果付与のためのβ相構
造からの焼入れ処理（β化処理）など、高温加熱処理が
多い。したがって、製造工程中に結晶粒が粗大化しやす
くなる。

また、銅系機能合金は、結晶方位による弾性異方性が大
きく弾性歪を緩和するために結晶粒界で応力集中が生じ
る。その上に、マルテンサイト変態の際には、その変態
歪を緩和するために結晶粒界で応力集中が生じる。した
がって、特に結晶粒が粗大化しているときには、これら
結晶粒界における応力集中の影響によって、疲労寿命が
短くなり疲労破壊やその他の破壊がこの結晶粒界から生
じやすくなる。

また、一般に機能合金において、回復可能な変形」は結
晶構造の変化に由来する形状変化によって決定される。

すなわち、結晶方位によって最大回復可能変形量が異な
り、このことが前述した変態歪の緩和による粒界破壊の
一因となっている。

したがって、多結晶状態の部材では、回復可能な変形量
は、各結晶方位の平均となり、当然のことながら特定の
結晶方位によって得られる最大回復可能変形量よりも小
さくなる。

これらの問題点を解決する一手段として、機能合金を、
単結晶として用いる方法がある。一般に、機能合金の単
結晶を製造する方法としては、帯溶融法（ゾーンメルト
法）や、ブリッジマン法などがある。しかしながら、帯
溶融法では異型断面の部材を製造するのが不可能であり
、他方、ブリッジマン法においても、パイプなどの中空
体を製造することができない。したがって、さらに切削
加工等が必要とされる。

発明の目的 それゆえに、この発明の目的は、任意の断面形状を有す
る機能合金部材を少ない工程数で容易に製造することが
できる方法を提供することである。

この発明の伯の目的は、耐疲労特性を改善でき、回復可
能変形量の低下を防止できる機能合金部材の報道方法を
提供することである。

発明の概要 この発明の機能合金部材の製造方法では、熱弾性型マル
テンサイト変態をするβ黄銅型鋼合金の溶湯を、加圧下
で、該合金溶潰と反応しない耐火物質よりなるキャピラ
リ内より出口方向へ至らせ、キャピラリの出口近傍では
引出し方向とほぼ平行な温度勾配を与えて凝固させなが
らキャピラリから引出すという各工程が特徴となってい
る。このことを、第１図を参照して、より具体的に説明
する。

銅合金の溶８１１は、この溶湯１と反応しない耐火物質
よりなる容器２内に収納された状態で、ヒータ３による
加熱下に置かれる。容器２の一方端には、キャピラリ４
が形成され、容器２の他方端側には、圧力５が与えられ
る。この圧力５によって、溶１ｌｉ１は、キャピラリ４
の出口方向へ至る。

そして、この出口近傍において、溶湯１は凝固されなが
らキャピラリ４から引出され、所望の機能合金部材６が
得られる。キャピラリ４の出口近傍では、溶湯１に対し
て、引出し方向とほぼ平行な温度勾配が与えられ、結晶
が成長するのに十分な条件が付与される。なお、第１図
において、凝固界面は、参照数字７で示されている。

上述した説明から明らかなように、この発明によれば、
溶湯から、直接、最終形状（または最終形状に近い形状
）を得ることができるので、切削加工を伴なう場合に比
べて、工程数を大幅に削減することができる。また、キ
ャピラリの形状を変えることによって、得ようとする部
材の断面形状を容易に変更することができ、任意の断面
形状、たとえば異型断面であっても、さらには中空体で
あっても、良好な歩留りをもって能率的に製造すること
ができる。さらに、この発明によれば、得ようとする機
能合金部材を容易に単結晶部材とすることができ、した
がって、耐疲労特性の改善や、形状回復変形量の増大な
どを図ることができる。

上述した第１図に示す一興体例では、溶湯１の引出し方
向は上方であり、別に圧力５を付与して、溶Ｉｉ１に対
して圧力をかけた状態で実施されたが、引出し方向を下
方としながら、溶湯の自重と表面張力をバランスさせて
、溶湯を引下げてもよい。

なお、このことは、後述する説明において、第１２図を
参照して明らかにされる。

また、好ましい実施例では、溶湯の引出しは、非酸化ま
たは還元雰囲気で実施される。したがって、たとえば、
アルゴンまたは真空雰囲気が用いられる。なお、Ｚｎの
ように、蒸発性の高い元素を含む組成の場合には、この
ような蒸発を防ぐため、１気圧以上の圧力をもった雰囲
気であることが好ましい。

また、この発明の好ましい実施例では、熱弾性型マルテ
ンサイト変態温度が室温より低温になるように設定した
組成の合金が用いられる。このようにすることにより、
室温において超弾性挙動を示す機能合金部材や、加熱に
より形状が収縮もしくは拡大する機能合金部材を得るこ
とができ、通常の温度条件下における使用に対して便宜
を図ることができる。

また、この発明の好ましい実施例では、熱弾性型β黄銅
型銅合金は、主どして、１０〜４ｂ重量％のＺｎど１２
重量％以下のＡ１とを含有し、残部がＣＬＩである銅合
金、または、主として、９〜１５３１１％のＡ１と１０
［！ｉｔ％以下のＮｉとを含有し残部がＣｕである銅合
金が用いられる。

上述の前者の組成にＪ３いて、Ｚｎを１０〜４５重量％
の範囲内に限定したのは、Ｚｎが１０重量％未満では形
状記憶効果を有し難く、ま−１ｃ　Ｚ　ｎが４５１１ｆ
ｆｉ％を越えて含有されていても同様に形状記憶効果を
有し龍いからである。また、ＡＩを１２死量％以下とし
たのは、これを越えると、合金の変Ｂ温度域が上昇し、
実用上意味がなくなるからである。

前述の後者の組成において、ＡＩを９〜１５ｆ１量％の
範囲内に限定したのは、Ａ１がその範囲外であるならば
、高温においてもβ相構造とはなり得す、形状記憶効果
を現出し得ないからである。

また、Ｎｉを１０重量％以下としたのは、これを越える
と、いたずらに変ｔＩＡ温度域が下降し、実用上意味が
なくなるからである。

実施例の説明 実施例　１ 実施例１においては、第１図に示す装置を用いた。そし
て、第１図におけるキャピラリ４として、第２図ないし
第４図に示す形状のものが選ばれた。

第２図はキャピラリ４の先端における凝固界面７付近を
一部断面で示す斜視図である。第３図はキャピラリ４の
上面図であり、第４図は第３図の線ＩＶ−■に沿う断面
図である。

これらの図面に示されるキャピラリ４は、第２図にその
一部が示されているように、断面円形かつ中空のパイプ
状とされた機能合金部材６を得るように設計されている
。キャピラリ４には、第３図および第４図に示すように
、容器２（第１図）内に連通ずる複数個の通路８が形成
されていて、この通路８の上方に、機能合金部材６の断
面形状を与える成形空間９が形成される。

このようなキャピラリ４を用いて、アルゴンガス１気圧
の雰囲気で、熱弾性型マルテンサイト変態温度が５０℃
となる組成のＣｕ　−Ｚｎ−ＡＩ金合金らなる溶ｉ１１
から、成長方位が［００１］方位であるバイブロを（’
Ｉｌ−製した。なお、［００１］方位は、回復歪の最も
大きな方位であることがわかっている。

このバイブロ内に砂を入れて座屈を防止しながら、第５
図に示すように、９０度に曲げ、この曲げた状態を固定
して、８００℃から水冷処理した後、室温で、第６図に
示すように、真直ぐに伸ばした。この段階で、バイブロ
内の砂は取除かれた。

そして、第７図に示すように、バイブロは、壁１０に設
けられた孔１１に挿入された。なお、このように挿入さ
れたバイブロの先端側へは、壁１０が妨害して、手が届
かない状況にあるものとする。

その後、バイブロを５０℃以上に加熱すると、第８図に
示すように、９０度に折れ曲がり、バイブロは元の形状
記憶処理された形状に戻る。このようにして、手が届か
ない壁１０の裏側での配管が可能となった。

実施例　２ この実施例では、第９図に示すようなスリット１２が形
成されたバイブロが得られる。このような形状のバイブ
ロを得るために、第１０図に上面図で示されたキャピラ
リ４が用いられる。第１１図は第１０図のＩＸＩ−ＸＩ
に沿う断面図である。

第１０図および第１１図から明らかなように、第３図お
よび第４図に示したのと同様の通路８および成形空間９
がキャピラリ４に形成される。この実施例では、さらに
、成形空間９を仕切るように、仕切壁１３が形成される
。この仕切壁１３によって、スリット１２が形成される
わけである。

第１０図および第１１図に示したキャピラリ４が、第１
図の装置に組込まれ、アルゴンガス１気圧の雰囲気で、
熱弾性型マルテンサイト変態温度が一１０℃となる組成
のＣＵ−ＺローＡ１合金の溶湯から、第９図に示すよう
なスリット１２の入りた形状のバイ１６を作製した。な
お、このバイブロの内径は、２９ｍ−であった。このバ
イブロを長さ５ｃ＋ａに切断したものを、７５０　’Ｃ
から水冷処理した後、（ドライアイス＋アルコール）中
で４％径を拡げ、至澗に戻すと、元の径に縮んだ。この
とき、室温では、超弾性挙動を示し、ばね性を右するリ
ングとなった。

このことを利用して、外径３０１Ｒ１１の２本のパイプ
の接続が可能であった。

実施例　３ この実施例３では、第１２図に示す装置が用いられ、特
に第１３図に示すキャピラリを適用しく、第１４図に示
す形状のパイプを得ようとするものである。

第１２図を参照して、溶湯１４を収納する容器１５は、
ヒータコイル１６をもっで構成されたヒータによる加熱
を受ける状態に配置される。この容器１５の下端部にキ
ャピラリ１７が下方に向Ｇノで形成される。このキ１？
ピラリ１７が位ｌｉ！′９る周囲には、凝固部温度微調
整用ヒータコイル１８が配置される。

キャピラリ１７の詳細は、第１３図に示されている。キ
ャピラリ１７には、容器１５（第１２図）の内部と連通
ずる成形空間１９が形成され、この成形空間１９内に、
断面円形の棒２０が形成される。なお、成形空間１９お
よび棒２０の形状は、第１４図に示すパイプ２１の形状
から明らかとなる。

第１４図に示すように、パイプ２１は、全体として、大
穴２２がその中心軸線上を通るものであるが、さらに、
複数個の小穴２３が大穴２２と平行に延びている。した
がって、上述の成形空間１９によって、大穴２２のまわ
りの形状を与え、棒２０によって、小穴２３の形成を可
能にする。

第１２図を参照して、溶湯１２は、イれ自身の自重と表
面張力がバランスされた状態で、キャピラリ１７から引
出される。第１２図において、凝固界面が２４で示され
ていて、この凝固界面２４り下方に、前述したパイプ２
１が形成される。

このような装置を用いて、真空中にて、熱弾性型マルテ
ンサイト変態温度が１０℃となる組成のＣｕ　−ＡＩ−
Ｎｉ合金の溶湯１４から、第１４図に示すようなパイプ
２１を作製した。そして、このパイプ２１の一部に、第
１５図に示すように、スリット２５を形成し、７８０℃
から水冷処理した。１０℃以下に冷却した状態で、パイ
プ２１の径を拡げ、そして加熱して縮ませ、この操作を
数回繰返すと、加熱・冷却で、自発的に径が小さくなっ
たり大きくなったりする挙動が見られた（可逆形状記憶
効果）。

したがって、小穴２３に冷却水（または冷却ガス）を流
すと、径が拡がり、流すのを止めると、径が縮むコネク
タが得られた。このコネクタは、長尺であっても、冷却
水等を流したり、止めたりすることで、容易に脱着が可
能であった。

以上、実施例１〜３について説明したが、各実施例にお
いて用いられたキャピラリ４．１７は、黒鉛で構成され
た。黒鉛は、複雑な形状への加工が容易であるという利
点があるが、その他、アルミナ、マグネシアなどの多く
の高融点物質が用いられることができる。

また、この発明によれば、種々の断面形状を右する機能
合金部材を得ることができる。たとえば、第１６図に示
すような断面四角形の中空体であっても、第１７図に示
すようなたとえばＬ字形のような異型断面を有するもの
も、キャピラリの形状を変更することにより、容易に作
製することができる。

この発明によって得られた機能合金部材は、たとえばコ
ネクタとして適用できるが、その他種々の用途に向ける
ことができる。そして、形状記憶効果、超弾性効果、防
振効果の少なくとも１つの機能を有する部材であればよ
い。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の一実施例において用いられる装置
を示す。第２図ないし第８図は、実施例１に対応するも
ので、第２図はキャピラリ４の先端における凝固界面７
付近を示す斜視図であり、第３図はキャピラリ４の上面
図であり、第４図は第３図の線■−ＩＶに沿う断面図で
あり、第５図ないし第８図は、得られたバイブロの用途
の一例を説明するための工程図を順次示す。第９図ない
し第１１図は、実施例２に対応するもので、第９図は得
られたバイブロの斜視図であり、第１０図はキャピラリ
４の上面図であり、第１１因は第１０図の線ＸＩ−ＸＩ
に沿う断面図である。第１２図ないし第１５図は、実施
例３に対応するもので、第１２図は装置全体を示し、第
１３因はキャピラリ１７を示し、第１４図は得られたパ
イプ２１を示し、第１５図はスリット２５が形成された
パイプ２１を示す。第１６図および第１７図は、それぞ
れ、この発明によって得られる機能合金部材の断面形状
の他の例を示す。 図において、１．１４は溶湯、４．１７はキャピラリ、
５は圧力、６は機能合金部材またはパイプ、７，２４は
凝固界面、９，１９は成形空間、２１はパイプである。 特許出願人　住友電気工業株式会社 萬１図 第２図　萬３図 第５図　名６図 第９図 第１０図 箕１１図 葛ｒ７図　葛８図 葛１２図 １Δ 第１３０ 第１４図 第１６図 篤１５図 篤１′７図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）　熱弾性型マルテンサイト変態をするβ黄銅型銅
   合金の溶湯を、加圧下で、該合金溶湯と反応しない耐火
   物質よりなるキャピラリ内より出口方向へ至らせ、キャ
   ピラリの出口近傍では引出し方向とほぼ平行な温度勾配
   を与えて凝固させながらキャピラリから引出すことを特
   徴とする、機能合金部材の製造方法。 （２）　前記引出し方向は上方であり、前記加圧は前記
   溶湯に別に圧力を付与することにより行なわれる、特許
   請求の範囲第１項記載の機能合金部材の製造方法。 （３〉　前記引出し方向は下方であり、前記加圧は前記
   溶湯の自重、またはＭｌ渇に別に圧力をかけること、ま
   たは凝固部を下方に引出すことにより与えられる、特許
   請求の範囲第１項記載の機能合金部材の製造方法。 （４）　前記機能合金部材は、単結晶である、特許請求
   の範囲第１項ないし第３項のいずれかに記載の機能合金
   部材の製造方法。 （５）　前記機能合金部材は、中空の異型断面を有する
   長尺単結晶部材である、特許請求の範囲第４項記載の機
   能合金部材の製造方法。 （６）　前記引出しは、非酸化または還元雰囲気で実施
   される、特許請求の範囲第１項ないし第５項のいずれか
   に記載の機能合金部材の製造方法。 （７）　前記非酸化または還元雰曲気は、１気圧以上の
   圧力とされる、特許請求の範囲第６項記載の機能合金部
   材の製造方法。 （８）　前記合金として、熱弾性型マルテンサイト変態
   温度が室温より低温になるように設定した組成のものを
   選ぶ、特許請求の範囲第１項ないし第７項のいずれかに
   記載機能合金部材の製造方法。 （９）　前記熱弾性型β黄銅型銅合金は、主として、１
   ０〜４５重量％のｚｎと１２重量％以下のＡ１とを含有
   し残部がＯＬ＋である、特許請求の範囲第１項ないし第
   ８項のいずれかに記載の機能合金部材の製造方法。 （１０）　前記熱弾性型β黄銅型銅合金は、主として、
   ９〜１５重量％のＡ１と１０重量％以下のＮｉとを含有
   し残部がＱｕである、特許請求の範囲第１項ないし第８
   項のいずれかに記載の機能合金部材の製造方法。