JP2691567B2

JP2691567B2 - 超弾性素子

Info

Publication number: JP2691567B2
Application number: JP63170862A
Authority: JP
Inventors: 正一佐藤; 秀男高荒
Original assignee: Tokin Corp
Current assignee: Tokin Corp
Priority date: 1988-07-11
Filing date: 1988-07-11
Publication date: 1997-12-17
Anticipated expiration: 2012-12-17
Also published as: JPH0222437A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明はCr及びＶを添加したTiNi系形状記憶合金に関
し、特に低温での作動機能を有する超弾性バネ材等の超
弾性素子に関するものである。

［従来の技術］ TiNi合金が、熱弾性型マルテンサイト変態の逆変態に
付随して顕著な形状記憶効果および超弾性効果を示すこ
とはよく知られている。

またTiNi合金を添加したTiNiX合金（Ｘ＝Cr,V,Mn,Al,
Fe…）が、TiNi合金同様の形状記憶効果を示すことも知
られている。V,Cr,Mn…を添加した３元合金ではその作
動温度（変態温度）が低下し、FeもしくはAlを添加した
ものでは変態温度は二段になることが知られている。

TiNi合金の形状記憶特性を最も良く引き出す方法とし
て、冷間加工後500℃程度の温度で短時間処理すること
がBuheler等によって見出されているが、現在では形状
記憶効果のみならず超弾性効果も400〜500℃で短時間処
理することで最も良い効果が得られることが知られてい
る。

［発明が解決しようとする課題］ TiNi合金を前記した方法によって熱処理すると、作動
温度はほぼ20〜50℃に収束する傾向を示す。室温（約20
℃）以下とりわけ０℃前後で作動するバネを得るために
400〜550℃で５〜10分間の処理を行うと、処理時間が短
かいためにスプリングバックが大きく、成型性が悪くな
り所要のバネを得ることが困難となる。

本発明者らは、TiNi合金にＶを添加することで、この
難点を克服する方法を見出しているが、これによれば超
弾性範囲を０℃近傍まで下げることは可能であったが、
降伏応力の著しい増加は認められていない。（特願昭61
-157787）そこで、本発明の技術課題は、超弾性開始温度が低下
し、かつ低温時（例えば−20℃）における降伏応力が上
昇した超弾性素子を提供することである。

［課題を解決するための手段］本発明によれば,Ni50.0〜52.0原子パーセント，残部T
iよりなる合金を０〜0.5原子パーセント（０は含まず）
のＶで置換したNiTiV合金を主成分とし，添加物として
０〜1.0原子パーセント（０は含まず）のCrを含有する
合金を，最終形状に冷間加工後,300〜600℃で１〜120分
間熱処理してなることを特徴とする超弾性素子が得られ
る。

本発明によれば、TiNiVCr合金であって、降伏応力が
少なくとも40kgf/mm²を示し、少なくとも−20〜40℃の
範囲内で超弾性特性を示すことを特徴とする超弾性素子
が得られる。

本発明中、Ni50.0〜52.0原子パーセント残部Tiよりな
る合金のＶ置換量を０〜2.5原子パーセント（以下at％
と呼ぶ）とした理由は2.5at％を越えると、熱間・冷間
加工性が悪くなり実用材として供し難いためである。一
方、添加物として、Crを０〜1.0at％とした理由は、Cr
添加量の増加とともに超弾性特性をより低温側にシフト
させることは可能であるが反面熱間・冷間加工性は悪く
なる傾向を示すからである。この傾向はCr添加量が1.0a
t％を越えると顕著となり、本発明の特性は過剰にCrを
増す必要はなく1.0at％以下で充分であり、最適量は0.5
at％である。

そこで、本発明による最適条件はTi49〜50at％、Ni50
〜51at％、V0.5at％、Cr0.5at％の合金組成で、約40％
の冷間加工の素線を400〜500℃で30分間熱処理されたも
のである。ＶおよびCrを0.25at％より少なくすることは
超弾性開始温度が高くなり添加の効果を薄れさせるので
好ましくはV0.25〜2.5at％、Cr0.25〜1.0at％が効果的
である。

一方、Ni,Ti,V,Crよりなる合金を、均一化処理後、熱
間及び冷間加工し、再び冷間加工して、熱処理を施し
て、超弾性素子となる。この熱処理の熱処理条件は超弾
性特性については300℃未満でも得ることはできる。し
かしその場合熱処理時間は３時間以上とする必要があ
る。また熱処理温度が600℃を越えても短時間（例え
ば、数10秒）処理で所定の特性を得ることは可能であ
る。しかしその場合はコントロールが難しいため、再現
性等実用上問題がある。

［実施例］本発明の実施例について説明する。

第１表に示す塑性のTiNiVCr合金を高周波真空溶解に
よって作製し、温度900℃で２時間の均一化処理後、熱
間ロールおよび冷間加工により、径1.3mmまで加工し
た。

その後、焼鈍をしないで、径1.0mmまで加工率40％に
て冷間加工に供試用素線を得た。これらの素線は300〜6
00℃で熱処理され、超弾性特性を調べられた。第１表は
熱間冷間の加工性の調査結果及び超弾性特性を示す。

超弾性特性は、−20℃から40℃の恒温浴槽下で５％の
伸びひずみを合金線に加え、その後、荷重を除くことに
よって調べられた。降伏応力とは第１図に示すように伸
びの増加に伴って応力が増加せず平坦となる点を示して
いる。

第１図は400℃で30分間熱処理した第１表に示された
合金中、本発明による合金に係るNo.1と比較合金No.2お
よびNo.3の−20℃での応力−ひずみ測定結果を示してい
る。この図から明らかなように本合金No.1は顕著な応力
の増加、および超弾性特性の改善が認められた。第２図
は400℃で30分間熱処理された合金線の−20℃〜40℃お
ける降伏応力の変化を示しているが本発明合金No.1,No.
4,No.5いずれも−20℃において降伏応力で40kgf/mm²を
越えているのに対し、比較合金No.2,No.3,No.6は40kgf/
mm²を下廻っている。

第１表より、Ｖが2.5at％以下においては、熱間加工
性・冷間加工性がともにすぐれている。一方、Cr添加量
の増加とともに、超弾性特性は低温側に移動し、熱間加
工性・冷間加工性はともに劣化した。

また、熱処理条件は本実施例では400℃で30分間の例
のみ示したが、超弾性特性は300℃未満でも得ることが
できる。しかし、その場合熱処理時間は３時間以上とす
る必要がある。また熱処理温度が600℃を超えても短時
間（例えば、数10秒）処理で所望の特性を得ることは可
能ではあるが、コントロールが難しいため再現性等実用
上問題があり、400℃〜500℃で30分熱処理されることが
望ましい。

［発明の効果］以上説明したように本発明によれば、例えば−20℃の
低温時で降伏応力及び弾性係数を大きくし、軽量化をは
かることができる。更に、本発明によれば−20〜40℃の
実用温度前後で良好な超弾性素子の提供が可能となりメ
ガネフレーム等への応用が期待される。

【図面の簡単な説明】

第１図は第１表中の合金No.1,No.2,No.3を400℃で30分
間熱処理したものの−20℃における応力−ひずみ曲線を
示す図、第２図は第１表の合金No.1〜No.6を400℃で30分間熱処
理したものを−20〜40℃における降伏応力変化を示す図
である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｃ２２Ｆ 1/00 ６９１ 8719−4ＫＣ２２Ｆ 1/00 ６９１Ｃ

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】Ni50.0〜52.0原子パーセント，残部Tiより
なる合金を０〜0.5原子パーセント（０は含まず）のＶ
で置換したNiTiV合金を主成分とし，添加物として０〜
1.0原子パーセント（０は含まず）のCrを含有する合金
を，最終形状に冷間加工後,300〜600℃で１〜120分間熱
処理してなることを特徴とする超弾性素子。
【請求項２】TiNiVCr合金であって降伏応力が少なくと
も40kgf/mm²を示し，少なくとも−20〜40℃の範囲内で
超弾性特性を示すことを特徴とする超弾性素子。