JPS6237353A - 形状記憶合金の製造方法 - Google Patents

形状記憶合金の製造方法

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JPS6237353A
JPS6237353A JP13781486A JP13781486A JPS6237353A JP S6237353 A JPS6237353 A JP S6237353A JP 13781486 A JP13781486 A JP 13781486A JP 13781486 A JP13781486 A JP 13781486A JP S6237353 A JPS6237353 A JP S6237353A
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memory alloy
shape
alloy
memorized
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Hiroki Nakanishi
中西 寛紀
Kenji Tokuda
徳田 健次
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Hitachi Metals Ltd
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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、Ti−Ni系形状記憶合金にO,OS〜10
重量%のSi、Mn、Cr、Mo、W、V、Nb、Cu
C01Z「、Ta、Sn、Be、Ce、Alおよび鉄を
1種または2種以上含有せしめた形状記憶合金を、記憶
させるべき所定の形状に拘束した状態あるいは拘束しな
い状態で溶体化処理した後急冷処理を施し、次に記憶さ
せるべき所定の形状に拘束した状態で時効処理を施すこ
とにより高温相=低温相の変態、特に高温相→低温相の
変態ヒステリシスが小さく、かつ二方向性を有する形状
記憶合金を得ることを特徴とする形状記憶合金の製造方
法に関するものである。
高温でCs Cl型の体心立方構造を有し、熱弾性型の
マルテンサイト変態を生ずる合金は、はとんど形状記憶
効果を示すことが知られており、これまでにTi−Ni
系合金をはじめCu−Zn−A1. Cu−Al−Ni
、 Cu−Zn−Au、 Cu−Zn−Ga、 Cu−
Zn−3n、Cu−Zn−8L、 Cu−8n−Au−
Cd、Ag−Cd等の合金が見い出されている。
一般に形状記憶合金は単結晶でないと形状記憶効果を示
さないことが知られているが、Ti−Ni系合金は例外
であり、多結晶体で形状記憶効果を有しており、極めて
実用的であり、前記合金の中では最も広範囲な検討がな
されているものである。
形状記憶効果は低温でマルテンサイト状態にある材料を
変形後加熱するとその材料が変形前の元の形に戻るもの
であり、こうした効果を生ずる温度は通常合金の逆変態
開始温度(As点)、逆変態終了温度(Af点)、マル
テンサイト変態開始温度(M s点)およびマルテンサ
イト変態終了温度(Mf点)によって決定され、As点
において形状記憶効果が開始されAf点で終了するもの
である。
この形状記憶効果を生ずる際の回復力は、 50〜60
 kg / mm 2に及ぶものであり、この回復力を
種々の応用量へ利用する検討がなされている。
その応用の代表例に第1図に示すような形状記憶効果を
可逆的に繰り返し生じさせることを利用したアクチュエ
ーターがある。
このアクチュエーターはパイアスカとしての通常のコイ
ルバネ(バイアスバネ)と形状記憶合金コイルバネとが
組み合わされたものであり、低温においては形状記憶合
金がバイアスバネよりも降伏応力の小さなマルテンサイ
ト相の状態であるためにバイアスバネの方が強く、形状
記憶合金を変形するように動作し、逆に高温においては
形状記憶合金がバイアスバネよりも降伏応力の大きなβ
相の状態となり、形状記憶合金がバイアスバネを変形す
るように動作する。この場合、高温相ヰ低温相の変態ヒ
ステリシスが小さいほど、また二方向性を有しているほ
ど小さな温度範囲においてアクチュエーターとしての動
作が容易に得られる。
しかし、従来のTi−Ni系合金においては一方向性の
形状記憶効果しか得られず、また高温相=低温相の変態
ヒステリシスが約30℃と大きく、このため低温相、高
温相を可逆的に得てアクチュエーターを動作させる温度
範囲が大きくならざるを得す、動作温度範囲が限定され
ることおよび形状記憶合金と組み合わせるバイアスバネ
も寸法の大きな強度の高いものが必要となる欠点があっ
た。
本発明者はこうした欠点を改善するために、合金を記憶
させるべき所定の形状に拘束した状態でマトリックス中
に微細な析出物を分散させ、高温相→低温相変態の際の
マルテンサイトの生成方位を限定することにより、二方
向性を得ると同時に中間相を生成させ変態ヒステリシス
を減少させることを検討した。
その結果、Ti−Ni系形状記憶合金に0.05〜10
重量%のSi、Mn、Cr、Mo、W、V、Nb、Cu
、Go、Zr、Ta、Sn、Be、Ce、Alおよび鉄
を1種または2種以上含有せしめた合金を500〜11
00℃の温度範囲において記憶させるべき所定の形状に
拘束した状態あるいは拘束しない状態で溶体化処理した
後急冷処理を施し、次に200〜700℃の温度範囲に
おいて記憶させるべき所定の形状に拘束した状態で時効
処理を施したところ有益な効果をもたらすことを発見し
たものである。
次に本発明における添加元素の含有量の範囲および溶体
化処理・時効処理温度範囲の限定理由について述べる。
本発明における添加元素はいずれもTiあるいはNiに
対して高温での固溶度は大きいが、低温では小さいもの
であり、従って高温での溶体化処理および次の時効処理
を施すことにより、Ti化合物、Ni化合物あるいは添
加元素間の金属間化合物を形成するものである。
しかし、10重量%を越えると熱間加工性および冷間加
工性が顕著に劣化し、加工が極めて困難となる。また、
0.05重量%未満においては、化合物を十分に析出さ
せることができないために、二方向性および小ヒステリ
シスが得られなくなる。なお、形状記憶特性、熱間およ
び冷間加工性等の兼ね合いの点から0.08〜7重量%
の範囲が好ましいが、より好ましくは0.08〜5重量
%の範囲である。
次に溶体化処理温度については、500℃未満において
は十分な固溶度が得られず、また1100℃以上におい
ては酸化によるTi元素の滅失が問題となる。
以上の観点から500〜1100℃の温度範囲に限定し
たが、好ましくは700〜1100℃の温度範囲である
なお、この場合、合金を記憶させるべき所定の形状に拘
束しても拘束しなくても同様な効果が認められる。
また、時効処理温度については200℃未満においては
十分な析出が起らず、また700℃を越えると形状記憶
特性(回復率、回復力)が劣化し、また中間相の生成が
困難となり、高温相→低温相(中間相)の際の小ヒステ
リシスが得られなくなる。
以上の観点から200〜700℃の温度範囲に限定した
なおこの場合、合金に所定の形状を記憶させる点から、
合金を所定の形状に拘束する必要がある。
以下、本発明を実施例に基づき説明する。
第1表に示すような種々の合金をアルゴン中にてアーク
溶解した後、1000℃にて2時間真空焼鈍を行なって
均一化処理を施し、その後800〜900℃にて熱間圧
延を行ない0.6am厚さの板とした。
この板を500〜1100℃の範囲の種々の温度にて3
時間溶体化処理を行なった後水冷した1表中試料N o
 、 1〜No、16は1本発明合金である。
次に第2図に示すように内径40φのステンレスパイプ
の内面にサンプルをNi線にて巻き付は拘束し、200
〜700℃の範囲の種々の温度にて10時間時効処理を
施した後、各サンプルの二方向性の程度および示差走査
熱量計(D S C)を用いた変態点の測定による高温
相→低温相(中間相)の変態ヒステリシスを確認した。
その結果を従来のTi−Ni系合金と比較して第1表に
示す。
なお、二方向性の程度は、第3図に示すようにサンプル
が加熱時に拘束形状となり、冷却時に自発的に直伸形状
になろうとする変化の度合より判定した。
第1表より本発明合金が二方向性に優れていること、お
よび高温相→低温相(中間相)の変態ヒステリシスが極
めて小さいことが明らかである。
【図面の簡単な説明】
第1図は形状記憶合金を用いたアクチュエーターを示す
。図中1はコイルバネを、2は形状記憶合金コイルバネ
を示す。 第2図はサンプルの拘束状態を示す。図中1は内径40
φのステンレスパイプを、2は形状記憶合金を、3はサ
ンプルを拘束するために巻き付けたNi線を示す。 第3図(a)はサンプルの拘束形状を示し、(b)およ
び(c)は、冷却時に自発的に直伸形状となる状態を示
したものである。 第  1  図 #2図 第 3 図 (C)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 Ti−Ni系形状記憶合金に0.05〜10重量%
    のSi、Mn、Cr、Mo、W、V、Nb、Cu、Co
    、Zr、Ta、Sn、Be、Ce、Alおよび鉄を1種
    または2種以上含有せしめた形状記憶合金を500〜1
    100℃の温度範囲において記憶させるべき所定の形状
    に拘束した状態あるいは拘束しない状態で溶体化処理し
    た後急冷処理を施し、次に200〜700℃の温度範囲
    において記憶させるべき所定の形状に拘束した状態で時
    効処理を施すことを特徴とする形状記憶合金の製造方法
JP13781486A 1986-06-13 1986-06-13 形状記憶合金の製造方法 Granted JPS6237353A (ja)

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