JPS59113167A - チタン・ニツケル形状記憶合金の熱処理方法 - 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】 本発明は金属間化合物Ｔｉ−Ｎｉ合金の熱処理方法に関
するものである。

金属間化合物Ｔｉ−Ｎ１合金及び構成元素の一部を他元
素（Ｃｕ、Ｆｅ・・・・・・）で置換して々る合金は顕
著な形状記憶効果を有することが知られている（米国特
許第３，１７４，８５１号、特開昭５３−２８５１８号
参照）。

形状記憶効果（Ｓｈａｐｅ　Ｍｅｒｒｌｏｒｙ　Ｅｆｆ
ｅｃｔ　、　　以下ＳＭＥと略す）は合金の持つ変態温
度（マルテンサイト変態開始温度（Ｍｓ点）、逆変態開
始温度（Ａｓ点）１等）によって決定される。

一方、従来、この種のＴｉ−Ｎｉ形状記憶合金は。

７００℃で熱処理されておシ、変態温度は第１図に示さ
れるように２合金の含有Ｎｉ濃度への依存性が極めて大
きく、約１５℃／　０．　Ｉ　Ｎｉ　　アトミック％（
ａｔ％）の関係を保有している。

又２合金中に含まれるＮｉ濃度は９合金溶解時点で決定
されるところで２合金中Ｎ１が主成分Ｏノ （約５５重最多）であるためにＮｉ濃度には±０．２重
量％の溶解バラツキが認められ、捷た。　Ｔｉが炭素、
酸素、窒素と反応し易いために、これらの不純物元素が
それぞれＴｉと化合して、　ＳＭＦに帰与するＮｉ濃度
を変化させるために、　Ｎｉ濃度の制御は極めて難しい
のが現状である。

しかるに、これまでは２合金の変態温度の制御は２合金
の配合組成と云うよりも合金の溶解組成に依っているた
めに、製造された合金は変態温度に大きな・ぐラツキが
有った。

本発明は、このような欠点を除去するために。

熱処理条件の選定により１合金の変態温度を所望値に制
御することを可能にし、これにより極めて信頼性の高い
形状記憶合金を歩留りよく提供できるようにすることを
目的とする。

この目的のために９本発明者等は、熱処理温度を低温に
して実験してみたところ、５００℃低温熱処理では、第
２図に示されるようにＭｓ点のＮｉ濃度への依存性が極
めて小さくなり、第３図に示されるようにＡｓ点のＮｉ
濃度への依存性はほとんど認められなく々ることかわか
った。

１だ、第２図にＭｓ’で示されるように、　Ｎｉ過剰側
のものにおいては、　Ｎｉ過剰の析出相の析出効果によ
って中間相変態（開始温度がＭｓ’）が生じ。

Ｍｓ’はＮｉ濃度に無関係であることがわかった。

上記の点に着目し５本発明者等は、Ｎｉ過剰側のＴｉ−
Ｎｉ合金について、熱処理温度を７００℃以下で変える
ことによって変態温度を調整できるではないかとの推論
に立ち９種々熱処理温度を変えて実験したところ、同一
組成のＴｉ−Ｎｉ合金でも。

この熱処理温度を変えることによって変態温度を調整で
きることを知った。

本発明は、このような新規な知見にもとづいてなされた
ものである。

即ち２本発明は、原子パーセントでＮｉ５０．３〜５３
．０．残部実質的にＴｉよシなＶ）　、　Ｔ１Ｎｉ金属
間化合物のマルテンサイト相とＮｉ過剰側の析出相との
複層組繊を有する形状記憶合金を、７００℃以下の選択
された温度と時間で時効処理することにより、変態温度
を調整することを特徴とするチタン・ニッケル形状記憶
合金の熱処理方法である。

以下本発明の実施例について説明する。

Ｎｉ５１ａｔ％　　残ＴｉよりなるＴ１Ｎｉ合金につい
て、熱処理温度を４００℃一定とし処理時間を変化させ
て２時効処理を行なった。このときの各熱処理時間ごと
の合金の変態開始温度Ｍｓ　、変態終了温度Ｍｆ　、中
間層変態開始温度Ｍｓ’、中間層変態終了温度Ｍｆ’　
、逆変態開始温度Ａｓ　、逆変態終了温度Ａｆを測定し
た。この結果を第４図に示す。同図から明かなように１
時効処理温度を一定として。

処理時間を変えることによって変態温度を変化させるこ
と、即ち、調整できることがわかる。

次にＮｉ　５１．１１　ａｔ％、残Ｔｉから々るＴ１Ｎ
ｉ合金について熱処理時間を２４時間一定として異なる
温度で時効処理を施し、処理後の各合金について変態温
度を測定した。その結果を表に示した。またＡｓ点およ
びＭｓ点と処理温度との関係を第５図この結果から明ら
かなように、熱処理温度を７００（５） ℃以下で変化させることによって、熱処理温度の低下と
ともに、変態温度を高い方へ変化させることができる。

このように、熱処理温度、熱処理時間を変化させ１組合
わせることによって同一組成合金について変態温度を微
妙に制御できる。

この変態温度の制御の原理については＋５０ａｔ％を越
えた高Ｎｉ側のＴｉＮｊ合金では、　ＳＭＥにかかわる
ＴｔＮｉ相と析出物ＴｉＮｉ３相が低温域に存在し。

低温熱処理により複層加され、熱処理条件によりＴ１Ｎ
ｉ相中のＮｉ濃度を制御できるからであると考えられる
。

次にこうして変態温度を制御された合金の形状記憶特性
について述べる。

Ｎｉ　５０．８　ａｔ％　残ＴｉよりなるＴ１Ｎｉ合金
を７００℃にて２時間時効処理した合金（Ｍｓ　＝　−
４０℃。

Ｍｆ＝−５０℃、Ａｓ　＝−２０℃、Ａｆ＝−１０℃）
試料をインストロン引張試験機にかけ、温度−２５℃て に昇引張り応力を加え、歪み量が３％、５％。

７チ・・・・・・と異なった値で、それぞれ引張り荷重
を（６） 零にし、その後−１５℃から５℃ずつ上昇させて行き、
そのときの歪み量と応力を測定した。歪み景をａ＝４そ
れぞれ３％および５係とした試料の応力歪み曲線を第６
図（ａ）　、　（ｂ）に示した。両図において、０−Ａ
−Ｈの曲線が外力による変形過程を示し、８点で引張り
荷重を除いたものである。Ｂ−Ｃの曲線が弾性による復
元を示す。０点から、温度を上昇させ、形状回復を行な
わせたもので、Ｃ−Ｏの曲線が形状回復過程を示し、そ
の高さが形状回復力を示す。１だ、与えた歪み量に対す
る変形に要する応力１弾性回復力、形状回復力、全形状
回復率を第７図に示す。

次に上と同じ組成のＴ１Ｎｉ合金を５００℃にて２４時
間時効処理した合金（Ｍｓ　＝　０℃、　Ｍｆ　＝−８
℃、　Ｍｓ’＝　＋　２０℃、　Ｍｆ’＝１２℃、Ａｓ
＝３７℃。

Ａｆ　＝　５０℃）試料について上と同じ形状回復試験
を行なった。但し７変形時の温度は１７℃で、形状回復
過程では３０℃から５℃ずつ上昇させた。

歪み量がそれぞれ３％および５チの試料の応カー歪み曲
線を第８図（ａ）　ｌ　（ｂ）に示し、また与えた歪み
量に対する変形に要する応力２弾性回復力、形状回復力
、全形状回復率を第９図に示した。

第６図および第８図から明かなように、７００℃の高温
処理においても、５００℃の高温処理においても、いず
れも良好な形状回復特性が得られる。

また第７図および第９図から明かなように、与えた歪み
量が７％以内では、いずれも同様の形状回復率を呈する
が、与えた歪み量が７係を越えると、低温処理試料の回
復率を示し２回復力では低ノ 温処理試料は高温処理試料に比して２倍以上となる。

以上のように低温熱処理によってもＳＭＥは損われるこ
とはない。

す、上、実施例について説明したように１本発明によれ
ば２時効処理条件を変えることによって。

同一組成合金においても、そのＳＭＥに悪影響を与える
ことなく、同一組成合金について、その変態温度を調整
することができるので、溶解組成にそれほど注意を払う
必要なく、所望の変態温度の合金を得ることができる。

従って、製造が容易であり、製造歩留りも向上するので
安価な形状記憶合金を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、７００℃２時間熱処理後のＴ１Ｎｉ　　合金
のＮｉ濃度と変態温度（Ｍｓ）との関係を示すグラフ、
第２図は、５００℃２時間熱処理後のＮｉＴｉ合金のＮ
ｉ濃度と変態温度（Ｍｓ）との関係を示すグラフ、第３
図は、同合金のＮｉ濃度と逆変態温度（Ａｓ）との関係
を示すグラフ、第４図はＮｉ　５１ａｔ％残ＴｉのＴ１
Ｎｉ合金の４００℃時効処理による処理時間に対する各
変態温度の変化を示すグラフ、第５図は、　Ｎｉ５１．
］１　ａｔ％残ＴｉのＴ１Ｎｉ合金の熱処理温度に対す
るＭｓおよびＡｓの変化を示すグラフ。 第６図（ａ）　ｌ　（ｂ）はＮ１５Ｑ、８ａｔ％残Ｔｉ
のＴｉＮ＋合金を７００℃で２時間時効処理した合金試
料に異なる歪み量を与えたときの形状回復過程を含めた
応力歪曲線を示すグラフ、第７図は、同じ試料について
加えた歪量に対する変形に要する力、形状回（９） 復率、形状回復力９弾性回復率の変化を示すグラフ、第
８図はＮｊ　５０．８　ａｔ％残ＴｉのＴ１Ｎｉ合金を
５００℃で２４時間時効処理した試料についての第６図
（ａ）　、　（ｂ）と同様のグラフ、第９図は、第８図
と同じ試料についての第７図と同様のグラフである。 （１０） （り、）Ｊ／Ｗζく二　　　　−

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ■、　原子ノや−セントでＮｉ　５０．３〜５３．０．
   残部実質的にＴｉよシなり、　Ｔ１Ｎｉ金属間化合物の
   マルテンサイト相とＮｉ過剰の析出相との複層組織を有
   する形状記憶合金を、７００℃以下の選択された温度と
   時間で時効処理することによシ、変態温度を調整するこ
   とを特徴とするチタン・ニッケル形状記憶合金の熱処理
   方法。