JPH03257141A

JPH03257141A - Ｆｅ―Ｎｉ―Ｃｏ―Ａｌ―Ｃ合金

Info

Publication number: JPH03257141A
Application number: JP5370990A
Authority: JP
Inventors: Hideyuki Otsuka; 秀幸大塚; Setsuo Kajiwara; 梶原　節夫
Original assignee: National Research Institute for Metals
Current assignee: National Research Institute for Metals
Priority date: 1990-03-07
Filing date: 1990-03-07
Publication date: 1991-11-15
Also published as: JPH0547620B2

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）この発明は、Ｆｅ−Ｎ　１−Ｃｏ−Ａｌ−Ｃ合金に関す
るものである。さらに詳しくは、この発明は、加工性、
耐食性および強度の良好な超弾性・形状記憶合金に関す
るものである。

（従来の技術とその課Ｉｔ）近年、機能性金属材料の一つとして形状記憶合金が注目
されている。一般の合金は一度加工されると加熱しても
もとの形に戻らないのに対し、この形状記憶合金は一度
加工された場合でも加熱すると元の形に戻るという、非
常に特徴的で興味深い特性を持っている。このような特
徴のある形状記憶合金はパイプの継手をはじめ、エネル
ギー変換材、各種アクチュエータあるいはセンサ、防振
及び防音材料として、さらには医療分野でも広くその利
用が検討されてきており、すでに実用化も進められてき
ている。また、合金に通常の弾性歪み以上の歪みを加え
ても、除荷すると元の形に戻る、いわゆる超弾性現象に
ついても、このような形状記憶効果と本質的には同じ現
象であると考えられており、両者の違いは、形状の回復
が応力除荷後直ちに起こるか、加熱によって起こるかで
あり、形状記憶合金のほとんどはまた超弾性を示すこと
が知られてもいる。

これまでにも、形状記憶合金として、ＮｉＴ１金属をは
じめ、Ｃｕ系あるいはＦｅ系合金など各種のものが知ら
れているが、実用化されているものはＮｉ−Ｔｉ合金と
Ｃｕ−Ｚｎ−Ａ１合金だけである。しかしながら、この
Ｎｉ−Ｔｉ合金の場合には、形状記憶合金としての性能
は優れているものの、その製造、特に溶解時に特殊な技
術を必要とし、製造コストは極めて高価であって、しか
も切削性が悪いという欠点がある。また、Ｃｕ系合金の
場合には比較的安価ではあるが加工性が悪く、材質的に
は延性に乏しくて粒界破壊がおこりやすく、また、耐食
性が悪いなどの欠点がある。

この発明は、以上の通りの事情に鑑みてなされたもので
あり、従来の合金の欠点を解消し、比較的安価に、しか
も容易に製造可能であって、強度、加工性、耐食性、形
状記憶特性にも優れた、形状記憶および超弾性効果を示
す新しい組成の合金を提供することを目的としている。

（課題を解決するための手段）この発明は、上記の課題を解決するものとして、重量百
分率で、Ｎｉ：２７〜３０％Ｃｏ：１０〜１３％Ａｌ：３〜５％Ｃ：０．４〜０．８％を含有し、残部がＦｅと、許容される微量元素とからな
る合金を、溶体化処理および時効処理してなることを特
徴とする超弾性・形状記憶Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ−Ａｌ　−
Ｃ合金を提供する。

この合金は、次の通りの知見に基づいてなされたもので
ある。すなわち、まず、超弾性効果や、形状記憶効果が発現するためには、（１
）冷却または応力付加によって生成するマルテンサイト
の形態が薄い板状であること、（２）母相が充分強く、
試料の変形時に母相が塑性変形しない、の二つの条件が
必要であることから、発明者は、Ｆｅ−Ｎｉ合金にＣ（
炭素）を添加することを考えた。従来、形状記憶合金に
このＣを添加することは禁忌とみなされていたが、Ｃ添
加により母相が強化できること、また、生成するマルテ
ンサイトの軸比が著しく上昇するため薄い板状になりや
すいことから上記の（１）および（２）の条件を容易に
満たせると考え、具体的にその作用を検討し、０．４重
量部％から最高０．８重量％までＣを添加することが極
めて有効であることを見出した。また、マルテンサイト
変態がおこる温度（Ｍｓ点）が室温から液体窒素温度ま
での間の適当な温度になるように、Ｃ量に応じてＮｉ量
についても検討し、その添加量を２７〜３０重量％とす
べきことを見出しな。同様にＣｏとＡｌを添加すると、
適当な温度で時効したときにべロヴスカイト型の析出物
が生成し、マルテンサイトの軸比もさらに大きくなると
ともに母相も強化されることを見い出した。このような
知見に基づいて、鉄系形状記憶合金として、種々の組成
のＦｅ−Ｎ　１−Ｃｏ−Ａｌ−Ｃ合金を作製し、様々な
時効条件のもとてマルテンサイト変態挙動、母相の硬度
やマルテンサイトの軸比などを詳しく検討した。その結
果、Ｃ量は０．４重量％以下だと（１）および（２）の
条件に及ぼす効果は少なく、００８重量％以上だともろ
くなること、Ｎｉ量は上記の通り２７〜３０重量％とす
べきこと、Ｃ０５Ａ、Ｉｌは各々１０重量％、３重量％
以下だと効果はなく、各々１３１！ｉｔ％、５重量％以
上だともろくなることを見出し、合金元素の組成が、Ｎ
ｉ２７〜３０重量％、００１０〜１３重量％、Ａｌ３〜
５重量％、Ｃ０９４〜０．８重量％および残部のＦｅか
らなるこの発明の合金を完成した。

この発明の合金の場合、時効温度は５００″Ｃ以下又は
、６００℃以上だとあまり効果はなく、時効時間が６時
間以上だと粒界に析出がおこってもろくなる。そのため
、５００〜６００℃で６時間以下の時効を施すのが適当
であ番。

製造時の溶体化処理については、１１００〜１３００°
Ｃ程度の温度において２０〜５０分間程度とすることが
好ましい。

以上の通りのこの合金によって、超弾性および／または
形状記憶効果が実現される。鉄基合金であるので、安価
で、かつ、製造が容易である。合金の加工性、切削性、
耐食性、強度も良好である。

（実施例）実施例ｌＦｅ−３ＯＮｉ−１２ＣＯ−４Ａｌ　−０，４Ｃ合金を
１２００℃の温度で３０分間溶体化処理した後に、５０
０℃で４０分間時効処理した。

第１図（ａ）（ｂ）は、この得られた合金の超弾性挙動
を示したものである。試料を液体窒素温度で荷重をかけ
て曲げ、さらに除荷したときの試料表面の変化を光学顕
微鏡で観察した結果を示している。

荷重をかけない時（７７Ｋ）にはオーステナイト単相を
示している（ａ）が、これに荷重をかけると、図中に矢
印で示した薄い板状のマルテンサイトが生成しくｂ）、
試料は変形する。

そこで荷重を取り除くと、マルテンサイトは消滅し、再
びオーステナイト単相となる（ａ）０曲がった試料もも
との形に戻る。すなわち超弾性特性が確認される。

実施例２Ｆｅ−２６Ｎｉ−１２Ｃｏ−４Ａｌ　−０，８Ｃ合金を
１２００℃の温度で３０分間溶体化処理した後に、５０
０℃で４０分間時効処理した。

この合金の形状記憶効果を示したものが第２図（ａ）（
ｂ）である。各々、次の状態を示している。

（ａ）液体窒素温度（７７Ｋ）で荷重をかけて変形させ
た状態。

薄い板状のマルテンサイト（矢印）が生成する。

（ｂ）荷重を取除いて室温まで加熱した時の状態。

マルテンサイトは消滅しオーステナイト単相に戻り、変
形は消滅する。

上記の試料形状の変形状態を例示したものが第３図であ
る。長さ２２ｍ、輻３ｍ、厚さ０．５−の板状試料を７
７にで曲げて２％変形させた状態（ａ）と、無荷重で室
温にまで加熱して、変形が消滅した状ｍ（ｂ）を各々示
している。

完全な形状記憶効果が実現される。

（発明の効果）この発明により、以上詳しく説明したように、次の優れ
た効果を有する超弾性・形状記憶合金が実現される。

（１）　鉄基合金なので安価である。

（２）　加工性、切削性に優れている。

（３）　強度、耐食性が優れている。

（４）　溶解をはじめ、時効処理も容易であるため製造
が簡便である。

【図面の簡単な説明】第１図は、この発明の合金の超弾性挙動を示した合金表
面の金属組繊を示す図面代用の光学顕微鏡写真である。第２図は、この合金の形状記憶効果を示した合金表面の
金属組織を示す図面代用の光学顕微鏡写真である。第３
図は、その変形状態を示す斜視図である。第１図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）重量百分率で、Ｎｉ：２７〜３０％Ｃｏ：１０〜１３％Ａｌ：３〜５％Ｃ：０．４〜０．８％を含有し、残部がＦｅと、許容される微量元素とからな
る合金を、溶体化処理および時効処理してなることを特
徴とする超弾性・形状記憶Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ−Ａｌ−Ｃ
合金。