JPS6176647A - 鉄基形状記憶合金 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、室温付近で塑性加工歪を与えた後、Ａｓ点点
上上加熱したときに形状記憶効果をもつ合金に関するも
のである。

（従来の技術） 形状記憶現象を示す合金はＴＩ　−Ｎ１合金を始め、銅
基合金、鉄基合金などでも数多く知られている（　Ｆ９
＋１えば「金属Ｊ１９８３年２月号１２頁）。形状記憶
効果は、マルテンサイト変態に付随して起る現象である
ため、外力に対する応答も速く、同じ現象が繰返し利用
できる点で応用上便利でらシ、飛行機の油圧系配管ノヨ
イントに使用されたのを始めとし、最近では家電用機器
、ロボット、エンジン、医療分野等々広汎な範囲で使用
されつつある。

（発明が解決しようとする問題点） 上記のように形状記憶合金は種々の用途に使用されつつ
あるが、実用材として利用する場合には変態温度（マル
テンサイト変態開始温度Ｍｓ、オーステナイト変態温度
Ａ１１等）の範囲、焼入性、製造容易性、加工性、耐食
性など、また購造材として利用する場合には強度、靭性
、耐食性、経済性などにおいて優れていることが要求さ
れる。前記Ｔｉ　−Ｎｉ合金は、これらの条件のうち、
製造容易性、経済性を除けば、そのいずれの点において
も際立って優れておシ、すでに実用化されている。

しかしながらこのＴＩ　−Ｎｉ合金においても成分範囲
を極端に厳密に管理しなければならないため、大量生産
できないこと、Ｔ１もＮｉも高価であるため適用範囲が
限られる等の難点がある。

このため、価格の低いＣｕ系形状記憶合金の開発が試み
られているが、Ｃｕ系合金は粒界破壊を起しやすく、引
張強度、圧縮強度および疲労強度が低いという問題点が
ある。

この形状記憶合金が鉄基で比奴的安価な合金の添加によ
って得られれば、その製造の容易性、経済性において非
常に■利でちるのみならず、強度、靭性に優れた材料と
してその応用分野は、ＩＦ＋ｊえは構造材料としてはボ
ルト、ナツトの締付は部、ツクイブの接合部等、寸た機
能材料としても、前記Ｔｉ　−Ｎｉ合金の代替として使
用できる等ｈ、その利用範囲は極めて広範囲になること
が予想される。

ところで、現在迄にもＦｅ　−Ｎ１合金、Ｆｅ　−Ｍｎ
合金で形状記憶効果を示すものがいくつか報告されてい
るか、いずれも不完全な形状記憶効果であり、変転温度
の範囲、製造性などに問題があった。

また本発明者等は、Ｆｅ　−３０％Ｍｎ　−１％Ｓｉ合
金、Ｆｅ　−２７％Ｍｎ　−３％Ｓｉ合金などの単結晶
を作製し、特定の引張多方向でほぼ１００％の形状記憶
効果があることを確認しているが、方位依存性が大きく
、引張方向が変化するとその効果も２０％以下に低下し
てしまう。また単結晶であるため製造が困難であるばか
りではなくその応用範囲も狭い範囲にならざるを得ない
。

ところで、これら鉄基合金はｒ二、変使を利用して形状
記憶効果を得ているが塑性加工によってεマルテンサイ
トのみならずα′フマルンサイトが混入したりγ→ε変
悸による変形以外の永久すべ！ｌｌ変形が生じたりする
ことが不完全な形状記憶効果の原因と考えられろ。それ
故α′マルテンサイトの生成を抑制し、ｒ→ε変態を優
先的に生じさせる工夫が必要である。Ｆｅ　−Ｎ１合金
では塑性Ｘ形によってα′フマルンサイトが導入される
がＦｅ　−Ｍｎ合金ではα′フマルンサイトが導入され
ない利点がある。

Ｆｅ　−Ｍｎ合金の一例として特開昭５３−１１８６１
号公報記載の発明がある。この発明によれは、Ｍｎが３
０％を越えると形状記憶特性が認められなくなるとされ
ている。その理由はＭｎが多量に含まれると磁気変態点
（θ、ネール点）が高くなり、室温近傍の塑性変形によ
るｒ〜６変態が抑制されることが原因と考えられている
。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、前記のような特長をもつＦｅ−Ｍｎ系形状記
憶合金に、Ｓｉを添加することによってネール点を下げ
、ｒ−ε変りを容易にし、形状記憶効果を格段に高めた
もので、重量％としてＭｎ　２０〜４０％およびＳｉ３
．５〜８チを含有し、残部はＦｅおよび不可避不純物よ
シなろことを特徴とするものである。

以下、本発明の詳細な説明する。

本発明合金を製造するには転炉、電気炉、高周波炉その
他の適当な製鋼炉に原料を装入して溶製し、成分調製を
行った後、鋳造、圧延等、所定の加工工程を行い目的の
形状を得る。本発明合金は圧延ままでも良好な形状記憶
効果を示し、また焼準処理を施してもその特性に変化は
ない（第１図参照）。また、ＭｎおよびＳｉを特許請求
の範囲に示す範囲内で適宜変化させろことによってＭｓ
”””点、Ｍｄ”点、Ａｓ’−’点などの変態温度を容
易に制御することが可能である。まだＳｔはフェライト
量を適度に制御すれば、室温付近で変形後、比較的低い
Ａｓ点以上に加熱することによって良好な形状記憶効果
を得ることができる。

次に本発明合金における各元素の含有量の限定理由につ
いて説明する。

Ｍｎはオーステナイト安定化元素であると同時に、含有
量が１０チを越えるとＳ相が導入されることが知られて
いる。しかし２０％以下ではｒ；ε変態に加えてα′フ
マルンサイトが導入され、形状記憶効果が低下し、壕だ
４０％を越えると前記のようにネール点が高くなり過ぎ
、ネール点を低下させるＳｉを添加しても十分な形状記
憶効果が得られなくなる。そこでＭｎ含有量は２０〜４
０％とした。

Ｓｔは前記のようにネール点を下げる元素であり、その
充分な効果は３．５チ以上の添加によって得られる。し
かしＳｌを８チを越えて添加すると合金の加工性および
成形性が損われてしまう。そこで含有量を３．５〜８％
とした。

（実施列） 次に本発明合金の実施列を示す。

第１表に高周波加熱大気炉および真空溶解炉を用いて溶
製した合金の成分を示す。これらは造塊後、すべて１２
５０〜１０５０Ｃで１時間保持後圧延により１３ｍ＋＋
＋厚の板材として、０．５Ｘ１．５Ｘ２０朋の板材を切
シ出し室温で９０°の曲げ変形を加えＡｓ点以上に加熱
した際の形状の回復度から形状記憶効果の度合を調べ、
第１表に表示した。さらに熱間成形性については１２０
０℃で１時間加熱後、１３価迄圧延したスラブの表面性
状などから判断し、全く−ｊ祠がない場合には○、やや
難がある場合にはΔ、割れなどが発生した場合には×で
表示した。この結果によれば、本発明合金は熱間加工性
および形状記憶効果のいずれもすぐれていることかわか
る。

第１表 ＳＭＥ　　形状記憶効果 ◎　７５裂以上 ○　２５〜７５％ ×　みとめられず （発明の効果） 以上説明した工うに本発明は鉄基合金であり、他の合金
、レリえばＴｉ−Ｎｉ合金等と比較して極めて安価に製
造し得るのみならず、その性能も強度、靭性にすぐれて
おり、広汎な用途に適用でき、その効果は唯めて大きい
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明合金の各灸件における形状記憶効果を示
す説明図、第２図は本発明におけるＭｎ量と５ｉｌｊＮ
とき４３点との関係を示す説明図である。 第１図 圧延よま　　　　　　　　　　　　　貌準処理榎（／θ
ｏＯ’ＣｄＡｒＡ　、Ｃ，） 室′墓１ｔて変形 一一−＼、−ｍ＝＼＼　　　　　　−一＼Ｎ手続補正書
（自発） 昭和６０年１０月１８日 特許庁長官　宇　賃　Ｍ　部　殿 １、事件の表示 昭和５９年特許願第１８７４０３号 ２、発明の名称 鉄基形状記憶合金 ３、補正をする者 事件との関係　特許出頭人 東京都千代田区大手町二丁目６番３号 （６６５）新日本製鐵株式會社 代表者　武　　１）　　　豊 ４、代理人〒１００ 東京都千代田区丸の内二丁目４番１号 ５、補正命令の田付　昭和　　年　　月　　日６、補正
の対象 明細書の発明の詳細な説明の欄 （１）明細書第１頁１６行［（例えば［金属Ｊ　１９８
３年２月号１２頁）」を［（例えば［金属Ｊ　１９８３
年３月号３８頁）」と補正する。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 重量％として、Ｍｎ２０〜４０％およびＳｉ３．５〜８
   ％を含有し、残部はＦｅおよび不可避不純物よりなるこ
   とを特徴とする鉄基形状記憶合金。