JPS62211339A - Ｎｉ−Ｔｉ−Ｃｒ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） 本発明は室温以下の比較的低温領域で動作するＮｉ　−
Ｔｉ　−Ｃｒ系形状記憶合金に関する。

（従来の技術） ＮｉとＴｉを原子比で１＝１または、その近傍の組成で
含むＮｉ−Ｔｉ合金、およびこれに遷移金属、貴金属、
　Ｂ、Ｃなどを添加した合金は、形状記憶効果を示すこ
とで知られている。

これまで、Ｎｉ−Ｔｉ合金の形状記憶効果は、他の形状
記憶効果を示す合金１例えば、（”ｕ−７，ｎ　−ＡＪ
金合金Ａｕ　−Ｃｄ合金と同様に熱弾性型マルテンサイ
ト変態によって引起こされるものと言われていた。とこ
ろが最近の研究によって、Ｎｉ−Ｔｉ合金の形状記憶効
果の原因が、これまで言われていたマルテンサイト変態
の他に、まった（異なる機構を持つＲ相変態によるとい
う事実が判明してきた。Ｒ相変態は、他の形状記憶合金
には見られないＮｉ−Ｔｉ合金特有の現象で、マルテン
サイト変態と比較すると、きわめて小さな温度ヒステリ
シスと、高い繰り返し寿命をもたらすことが特徴である
。形状記憶合金をアクチュエーターなどの用途に使用す
る場合は、繰り返し寿命の良いことが要求されるので、
Ｒ相変態による形状記憶効果を利用することが多くなっ
てきている。

Ｎｉ　−Ｔｉ合金の場合、マルテンサイト変態の変態温
度は合金組成により大幅に変化するため１合金組成を変
えることにより、変態温度を広い範囲（−５０〜＋１１
０℃）に変化させることが出来る。また、適当な添加元
素（Ｃｏ、Ｆｅ、　Ｃｕ、　Ｖなど）を添加することに
よって一１００℃以下の合金を比較的容易に得ることが
できる。

これに対して、Ｒ相変態の場合、２元のＮｉ　−Ｔｉ合
金では、合金組成や熱処理条件などをいろいろと変えて
も、たかだか＋３０〜＋７０℃の範囲内でしか変態温度
を変えることができない。特に、冷蔵庫などに使用する
。低温で動作する合金を作ることが難しいまた、第３元
素の添加によって変態温度を変えようとしても、Ｒ相変
態の現象そのものが１合金を冷間で強加工した後に３０
０〜５００℃で形状記憶熱処理したとき現れるという性
質を持っているため、冷間加工が充分にできな（・とき
には、Ｒ相変態そのものが出現しなくなる。

したがって、マルテンサイト変態を利用する場合には冷
間加工性を考慮せずに任意に組成や添加元素の種類、添
加量を決め、変態温度を比較的自由に制御できるのに対
して、Ｒ相変態の場合には、冷間加工が可能な範囲でこ
れらの条件を決めなければならない。さらに、当然のこ
とではあるが、マルテンサイト変態の変態温度とＲ相変
態の変態温度の組成依存性、添加元素に対する依存性は
全く異なった挙動を示す。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明はかかる事情に鑑み、Ｒ相変態を利用するＮｉ−
Ｔｉ系形状記憶合金の動作温度範囲を、特に低温領域に
拡大したものでＮｉ−ＴｉにＣｒを添加し、かつ適正な
組成領域と熱処理条件を設定することにより、良好なＲ
相変態による形状記憶特性とＲ相変態に必要な冷間加工
性を持ち、かつ、これまでより動作温度の低い形状記憶
合金を提供したものである。

（問題を解決するための手段） 本発明はＮｉ−Ｔｉ−Ｃｒ三元合金のＮｉ、Ｔｉおよび
Ｃｒの組成をＮｉ、ＴｉおよびＣｒの三元状態図ＫＪ６
イテ、第１番目の角ＡがＮｉ４８，６ａｔ％、Ｔｊ４９
．４ａｔ％およびＣｒ２，０３１％；第２番目の角Ｂが
Ｎｉ　４９，４　ａｔ％、　Ｔｒ　４９．２　ａｔ％お
よびＣｒ１．４ａｔ％；第３番目の角ＣがＮｉ　５０．
９　ａｔ％、Ｔｉ４９．０ａｔ％およびＣｒｙ、ｆａｔ
％；第４番目の角りがＮｉ５０、ｆａｔ％、Ｔｉ　４９
，８　ａｔ％およびＣｒ０．１ａｔ％；第５番目の角Ｅ
がＮｉ　４７．ｇ　ａｔ％、’ｌ’ｉ５０．２ａｔ％お
よびＣｒ２．０３１％である５角形によって囲まれた領
域内にある組成を有し、かつ該合金を加工率にして１５
％以上の冷間加工を施した後、３００〜５００℃の間の
温度で形状記憶処理して成る低温用形状記憶合金である
。そしてこのように合金組成を規定することによりＲ相
変態を利用するＮｉ−４’ｉ系形状記憶の動作範囲を特
に低温領域に拡大できると共に適正な熱処理条件を設定
することにより、良好なＲ相変態による形状記憶特性と
Ｒ相変態に必要な冷間加工を有する低温用形状記憶合金
を得たものである。

（作用および効果） 本発明の合金組成は第１図のＡ、Ｂ、Ｃ，Ｄ。

およびＥの角で囲まれた範囲内のものであるが、直線Ａ
Ｂと直線ＢＣより外側、つまり低Ｔｉ側では成形加工が
困難であり、直線ＣＤより低Ｆｅ側および直線ＤＥより
高７ｉ側ではＡｆ点が二元合金での最低温度３０°Ｃよ
り低（ならない。また直線ＥＡより高Ｆｅ側では加工性
が低下し、記憶特性も悪くなる。

また冷間加工が１５％未満ではＲ相変態が出現せず、さ
らに３００〜５００″Ｃの温度範囲で形状記憶処理をす
るのは、この温度の範囲外では充分な形状記憶効果が得
られないからである。

（実施例） 以下１本発明を実施例につき説明すると、第１表に示す
配合組成のＮｉ、ＴｉおよびＣｒを合計で３　ｋｇにな
るよう正確に秤量し、カーボンルツボを用いて高周波真
空溶解（周波数：　３　ｋＨｚ、真空度：　Ｉ　Ｘ　１
０　　’ｐｏｒｙｒ）により溶解し、鋳鉄製鋳型に鋳造
した。鋳塊は旋盤で外削した後、熱間鍛造により直径２
０＋１１１１の丸棒とし、さらに溝ロールを用いた熱間
圧延により直径６藺の線材とした。

これを適宜、中間焼なましく７５０℃×５分間）しなか
ら冷間伸線加工し、直径１．　Ｏ龍の線材とした。最終
伸線加工率は１５％以上とし、これ以下の加工率で断線
した合金は冷間加工不可とした。

１５％の加工率は良好なＲ相変態をもたらすために必要
である。冷間伸線した線材は直径７ＩＩＩＮ１巻数１０
回、丸フック付の引張りばねの形状に成形し、成形した
形状に固定して、５００℃に加熱し。

６０分間保持した後冷却した。

このようにして作られた形状記憶ばねは、一定の負荷（
３００ｇｆの重り）をかけた状態で温度を変化させ、た
わみの変化を測定した。

第１表 第１表には各合金の組成と共に、Ａｆ点と成形加工性が
示されており、成形加工性は冷間加工不可のものを×、
なんとか加工できるが難しいものを△で示した。合金１
から合金３は従来からの二元合金であり、Ａｆ点がもつ
とも低い５０．６Ｃｒ％１’Ｊｉ　　でも３０℃である
。

これに対して本発明合金の％４〜遅１３に示すものは、
Ａｆ点が５〜２９°Ｃで従来合金より著しく低温である
。これに対して組成が本発明の範囲外の１′１ｋＬ１４
〜−２０に示すものは加工性が悪いか或はＡｆ点が高い
ことが明らかである。

この第１表を三元組成図上にまとめたものが第１図で、
直線ＡＢと直線Ｂｅより外側、つまり低Ｔｉ側では成形
加工が困難なことを示しており。

直線ＣＤより低Ｃｒ側および直線ＤＥより高Ｔｉ側では
Ａｆ点が二元合金での最低温度３０℃より低くならない
。また直線ＥＡより高Ｃｒ側では加工性が低下し、記憶
特性も悪くなる。

また第２図は合金１３　（４８，５Ｎｉ−４９，５Ｔｉ
　−２，０Ｃｒ）を用いたばねの温度変位曲線で、良好
な形状記憶特性が示されている。昇温時のばねの動作終
了温度（Ａｆ点）は図中、矢印で示したように加熱時の
曲線の最大傾斜部と高温側ベースラインをそれぞれ外挿
した交点で決めることとし、当該合金１３の場合５℃で
ある。

以上の結果は５００℃で熱処理したときの値であるが、
処理温度が３００〜５００℃であれば同様の結果が得ら
れる。

したがって、多角形ＡＢＣＤＥで囲まれた組成領域内に
あるＮｉ　−Ｔｉ　−Ｃｒ合金はＲ相変態を利用した形
状記憶効果を示し、かつ従来の合金より低温領域で動作
し、成形加工性も良好であることがわかる。

（発明の効果） 以上述べたように、本発明は従来不可能であった低温動
作する高寿命かつ低ヒステリシスの形状記憶合金を提供
したもので、形状記憶合金の用途を拡大し、工業的な効
果大なるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明合金の範囲を示す三元状態図、第２図は
本発明合金を用いたばねの温度変位曲線を示す図である
。 温ＪｖＬ（’Ｃ） 第２図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｎｉ、Ｔｉ、およびＣｒの三元状態図において、
   第１番目の角ＡがＮｉ４８．６ａｔ％、Ｔｉ４９．４ａ
   ｔ％およびＣｒ２．０ａｔ％；第２番目の角ＢがＮｉ４
   ９．４ａｔ％、Ｔｉ４９．２ａｔ％およびＣｒ１．４ａ
   ｔ％；第３番目の角ＣがＮｉ５０．９ａｔ％、Ｔｉ４９
   ．０ａｔ％およびＣｒ０．１ａｔ％；第４番目の角Ｄが
   Ｎｉ５０．１ａｔ％、Ｔｉ４９．８ａｔ％およびＣｒ０
   ．１ａｔ％；第５番目の角ＥがＮｉ４７．８ａｔ％、Ｔ
   ｉ５０．２ａｔ％およびＣｒ２．０ａｔ％である５角形
   によつて囲まれた領域内にある組成を有し、Ｒ相変態に
   よる形状記憶効果を示すことを特徴とするＮｉ−Ｔｉ−
   Ｃｒ合金。
2. （２）加工率にして１５％以上の冷間加工を施した後、
   ３００〜５００℃の間の温度で形状記憶処理することを
   特徴とする特許請求の範囲第１項に記載のＮｉ−Ｔｉ−
   Ｃｒ合金。