JPS6159390B2 - - Google Patents
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- JPS6159390B2 JPS6159390B2 JP13706682A JP13706682A JPS6159390B2 JP S6159390 B2 JPS6159390 B2 JP S6159390B2 JP 13706682 A JP13706682 A JP 13706682A JP 13706682 A JP13706682 A JP 13706682A JP S6159390 B2 JPS6159390 B2 JP S6159390B2
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Landscapes
- Heat Treatment Of Nonferrous Metals Or Alloys (AREA)
Description
〔技術分野〕
本発明は超弾性と非可逆形状記憶性（以下形状
記憶性と略記）の優れたNi―Ti基合金材とその
製造方法に関するものである。 〔従来技術とその問題点〕 NiとTiを原子比で１：１又はその近傍でNiと
Tiを含むNi―Ti合金及びこれらにＶ、Cr、Mn、
Fe、Co、Cu、Zr、Nb、Mo、Ta又は貴金族を添
加したNi―Ti基合金は室温付近の特定の温度で
マルテンサイト変態を起し、これに伴つて超弾性
と形状記憶性というユニークな現象を示すことが
知られている。この超弾性を高性能バネ材とし、
形状記憶性を温度センサー、アクチユエーター又
はこれ等を兼ねる素子として実用化が進められて
いるが、そのためには充分な性能、例えば残留歪
が少なく、寿命が長い材料が要求されている。 〓〓〓〓〓
Ni―Ti基合金材の超弾性や形状記憶性の向上
には、転位すべりをできるだけ起さずに応力誘起
マルテンサイト変態を進行させることが有効であ
ることが金属学的に予測できる。これを達成する
ためには、Ni―Ti基合金に冷間加工を加えて加
工硬化させ、これに再結晶を起さない温度及び時
間、例えば400℃の温度で30分間の形状記憶処理
を施す方法が提案されている。このような方法で
得られたNi―Ti基合金材は、冷間加工によつて
形成された集合組織が形状記憶処理によつて消失
しないため、転位すべりの発生が困難であり、か
つ外部応力による応力誘起変態はそれほど影響を
受けずに進行する。その結果、変態温度以上では
良好な超弾性を、変態温度をまたいで良好な形状
記憶性を得ることができる。 しかしながらこのような方法は冷間加工を充分
に施すことが前提条件であるため、細線や薄板の
ように加工が内部にまで容易に施される場合には
有効であるが、太線や厚板或いはバルク形状のよ
うに加工が内部にまで均一に施されないものや、
Ni含有量が51.0at％を越えて硬くなり、組成的に
冷間加工が困難なものでは充分な冷間加工が不可
能なため実施できない欠点がある。 〔問題点の解決手段とその作用〕 本発明はこれに鑑み種々研究の結果、合金の母
相中に微細なNi3Ti相を分散析出させ、かつ内部
応力が均一であることにより、冷間加工を必要と
せず、良好な超弾性と形状記憶性が得られること
を知見し、超弾性、形状記憶性Ni―Ti基合金材
とその製造方法を開発したものである。 即ち、本願第１発明のNi―Ti基合金材は、
Ni50.0〜52.0at％、残部Tiからなる合金の母相中
に微細なNi3Ti相を分散析出させ、かつ内部応力
が均一であることを特徴とするものである。 又本願第２発明のNi―Ti基合金材は、Ni50.0〜
52.0at％、残部Tiからなる合金のNi又はTi含有量
の1.0at％以下をＶ、Cr、Mn、Fe、Co、Cu、
Zr、Nb、Mo、Ta及び貴金族から選ばれる元素の
１種又は２種以上で置換した合金の母相中に微細
なNi3Ti相を分散析出させ、かつ内部応力が均一
であることを特徴とするものである。 また本願第１発明及び第２発明に係るNi―Ti
基合金材の製造方法は、それぞれ前記組成範囲の
合金を700〜1100℃の温度で溶体化処理した後、
300〜600℃の温度で時効処理することを特徴とす
るものである。 しかして本願第１発明及び第２発明のNi―Ti
基合金材において、合金の組成範囲を上記の如く
限定したのは次の理由によるものである。 第１発明のNi含有量を50.0〜52.0at％と限定し
たのは、Ni含有量が50.0at％未満では充分な超弾
性と形状記憶性が得られず、52.0at％を超える
と、加工性が著しく低下し、熱間鍛造においても
割れを生ずるため、実用価値がないとの判断によ
るものである。また第２発明の合金について、第
１発明合金のNi又はTi含有量の1.0at％以下を
Ｖ、Cr、Mn、Fe、Co、Cu、Zr、Nb、Mo、Ta
及び貴金族の何れか１種又は２種以上で置換する
のは、Ｖ、Cr、Mn、Fe、Co及びCuによる置換
は、合金の超弾性及び形状記憶性をあまり変化さ
せることなく、変態温度を下げ、変態温度を低温
側にコントロールすることができる効果を有し、
Zr、Nb、Mo、Ta及び貴金族による置換は合金の
超弾性及び形状記憶性をあまり変化させることな
く耐食性を向上する効果を有するが、それ等元素
の置換量の合計が、Ni又はTi含有量の1at％を越
えると、加工性を損なうばかりか、超弾性及び形
状記憶性をも劣化するためである。 又第１発明及び第２発明合金において、合金の
母相中に微細なNi3Ti相を分散析出させて、かつ
内部応力が均一であることとするのは、超弾性及
び形状記憶性を劣化させることなく、転位すべり
の発生を困難にして、残留歪を少なくするためで
ある。 また本願第１発明及び第２発明に係る、Ni―
Ti基合金材の製造方法において、上記Ni―Ti基
合金を700〜1100℃の温度で溶体化処理した後、
300〜600℃の温度で時効処理するのは、合金の母
相中に微細なNi3Ti相を分散析出させて、かつ内
部応力が均一であることとするためである。しか
して溶体化処理温度を700〜1100℃と限定したの
は処理温度が700℃未満では溶体化が充分に行わ
れず、1100℃を越えると一部に溶融が生じたり、
又は変形を起すようになるためである。 溶体化処理は不活性ガス、例えばアルゴン雰囲
気中で700〜1100℃の温度に加熱する。この温度
範囲内であれば同様の結果が得られ、加熱時間も
0.5〜10時間の範囲内であれば同様の結果が得ら
〓〓〓〓〓
れる。 焼入れも空気焼入れ程度で所定の特性を得るこ
とができるが、再現性を確保する点から水焼入れ
することが望ましい。 また溶体化処理後の時効処理温度を300〜600℃
と限定したのは、300℃未満の温度では時効析出
が不充分で、良好な特性が得られず、600℃を越
える温度ではNi3Ti単相の領域に入るため、良好
な特性が得られないためである。尚、処理時間は
処理材の大きさにもよるが400℃の温度で１〜10
時間の範囲内であれば同様の結果が得られ、実用
的には350〜450℃の温度で１〜２時間で良好な結
果が得られる。 〔実施例〕 以下、本発明を実施例について詳細に説明す
る。 第１表に示す組成の合金を1000℃の温度に加熱
して水焼入れした後、500℃の温度で１時間時効
処理し、これについてマルテンサイト逆変態点
（Af点）、超弾性及び形状記憶性を測定した。そ
の結果を第１表に併記した。尚、参考のため溶体
化処理後の超弾性及び形状記憶性を測定し、その
結果を第１表に併記した。 各合金は常法により黒鉛ルツボを用いて真空高
周波溶解炉により溶解し、水冷鋳型に鋳造した鋳
塊に熱間鍛造と熱間圧延を加えた後中間焼鈍と冷
間伸線加工を繰返して直径1.0mmの線に仕上げ
た。ただし、本発明合金No.５については、伸線加
工が困難であつたため、圧延加工により厚さ１mm
の板に仕上げ、これより砥石切断によつて幅３
mm、長さ150mmに切断して板状試料とした。これ
等線材及び板材について表面のスケールを除去し
た後、アルゴン雰囲気中、1000℃の温度で１時間
溶体化処理し、氷水中に焼入れ、これを石英管内
に装入して500℃の温度で１時間時効処理した。 形状記憶性は線材又は板材を直径10mmの鉄製棒
に変態温度より20℃以上低い温度で巻き付け、そ
のままの状態で棒から外し、温水中で加熱して変
態温度以上になつた時の直線形状への回復度を角
度により測定し、該角度が175゜以上のものを◎
印で、135゜以上、175゜未満のものを〇印、135
゜未満のものを△印で示した。尚、変態温度が室
温以下のものについてはドライアイスとアルコー
ルの混合液中で巻付けを行つた。 また超弾性は線材又は板材を直径10mmの鉄製棒
に変態温度より高い温度で巻き付けた後、巻き付
け力を除去し、その際のスプリングバツクで回復
した後の角度を測定し、形状記憶性と同様にして
示した。
記憶性と略記）の優れたNi―Ti基合金材とその
製造方法に関するものである。 〔従来技術とその問題点〕 NiとTiを原子比で１：１又はその近傍でNiと
Tiを含むNi―Ti合金及びこれらにＶ、Cr、Mn、
Fe、Co、Cu、Zr、Nb、Mo、Ta又は貴金族を添
加したNi―Ti基合金は室温付近の特定の温度で
マルテンサイト変態を起し、これに伴つて超弾性
と形状記憶性というユニークな現象を示すことが
知られている。この超弾性を高性能バネ材とし、
形状記憶性を温度センサー、アクチユエーター又
はこれ等を兼ねる素子として実用化が進められて
いるが、そのためには充分な性能、例えば残留歪
が少なく、寿命が長い材料が要求されている。 〓〓〓〓〓
Ni―Ti基合金材の超弾性や形状記憶性の向上
には、転位すべりをできるだけ起さずに応力誘起
マルテンサイト変態を進行させることが有効であ
ることが金属学的に予測できる。これを達成する
ためには、Ni―Ti基合金に冷間加工を加えて加
工硬化させ、これに再結晶を起さない温度及び時
間、例えば400℃の温度で30分間の形状記憶処理
を施す方法が提案されている。このような方法で
得られたNi―Ti基合金材は、冷間加工によつて
形成された集合組織が形状記憶処理によつて消失
しないため、転位すべりの発生が困難であり、か
つ外部応力による応力誘起変態はそれほど影響を
受けずに進行する。その結果、変態温度以上では
良好な超弾性を、変態温度をまたいで良好な形状
記憶性を得ることができる。 しかしながらこのような方法は冷間加工を充分
に施すことが前提条件であるため、細線や薄板の
ように加工が内部にまで容易に施される場合には
有効であるが、太線や厚板或いはバルク形状のよ
うに加工が内部にまで均一に施されないものや、
Ni含有量が51.0at％を越えて硬くなり、組成的に
冷間加工が困難なものでは充分な冷間加工が不可
能なため実施できない欠点がある。 〔問題点の解決手段とその作用〕 本発明はこれに鑑み種々研究の結果、合金の母
相中に微細なNi3Ti相を分散析出させ、かつ内部
応力が均一であることにより、冷間加工を必要と
せず、良好な超弾性と形状記憶性が得られること
を知見し、超弾性、形状記憶性Ni―Ti基合金材
とその製造方法を開発したものである。 即ち、本願第１発明のNi―Ti基合金材は、
Ni50.0〜52.0at％、残部Tiからなる合金の母相中
に微細なNi3Ti相を分散析出させ、かつ内部応力
が均一であることを特徴とするものである。 又本願第２発明のNi―Ti基合金材は、Ni50.0〜
52.0at％、残部Tiからなる合金のNi又はTi含有量
の1.0at％以下をＶ、Cr、Mn、Fe、Co、Cu、
Zr、Nb、Mo、Ta及び貴金族から選ばれる元素の
１種又は２種以上で置換した合金の母相中に微細
なNi3Ti相を分散析出させ、かつ内部応力が均一
であることを特徴とするものである。 また本願第１発明及び第２発明に係るNi―Ti
基合金材の製造方法は、それぞれ前記組成範囲の
合金を700〜1100℃の温度で溶体化処理した後、
300〜600℃の温度で時効処理することを特徴とす
るものである。 しかして本願第１発明及び第２発明のNi―Ti
基合金材において、合金の組成範囲を上記の如く
限定したのは次の理由によるものである。 第１発明のNi含有量を50.0〜52.0at％と限定し
たのは、Ni含有量が50.0at％未満では充分な超弾
性と形状記憶性が得られず、52.0at％を超える
と、加工性が著しく低下し、熱間鍛造においても
割れを生ずるため、実用価値がないとの判断によ
るものである。また第２発明の合金について、第
１発明合金のNi又はTi含有量の1.0at％以下を
Ｖ、Cr、Mn、Fe、Co、Cu、Zr、Nb、Mo、Ta
及び貴金族の何れか１種又は２種以上で置換する
のは、Ｖ、Cr、Mn、Fe、Co及びCuによる置換
は、合金の超弾性及び形状記憶性をあまり変化さ
せることなく、変態温度を下げ、変態温度を低温
側にコントロールすることができる効果を有し、
Zr、Nb、Mo、Ta及び貴金族による置換は合金の
超弾性及び形状記憶性をあまり変化させることな
く耐食性を向上する効果を有するが、それ等元素
の置換量の合計が、Ni又はTi含有量の1at％を越
えると、加工性を損なうばかりか、超弾性及び形
状記憶性をも劣化するためである。 又第１発明及び第２発明合金において、合金の
母相中に微細なNi3Ti相を分散析出させて、かつ
内部応力が均一であることとするのは、超弾性及
び形状記憶性を劣化させることなく、転位すべり
の発生を困難にして、残留歪を少なくするためで
ある。 また本願第１発明及び第２発明に係る、Ni―
Ti基合金材の製造方法において、上記Ni―Ti基
合金を700〜1100℃の温度で溶体化処理した後、
300〜600℃の温度で時効処理するのは、合金の母
相中に微細なNi3Ti相を分散析出させて、かつ内
部応力が均一であることとするためである。しか
して溶体化処理温度を700〜1100℃と限定したの
は処理温度が700℃未満では溶体化が充分に行わ
れず、1100℃を越えると一部に溶融が生じたり、
又は変形を起すようになるためである。 溶体化処理は不活性ガス、例えばアルゴン雰囲
気中で700〜1100℃の温度に加熱する。この温度
範囲内であれば同様の結果が得られ、加熱時間も
0.5〜10時間の範囲内であれば同様の結果が得ら
〓〓〓〓〓
れる。 焼入れも空気焼入れ程度で所定の特性を得るこ
とができるが、再現性を確保する点から水焼入れ
することが望ましい。 また溶体化処理後の時効処理温度を300〜600℃
と限定したのは、300℃未満の温度では時効析出
が不充分で、良好な特性が得られず、600℃を越
える温度ではNi3Ti単相の領域に入るため、良好
な特性が得られないためである。尚、処理時間は
処理材の大きさにもよるが400℃の温度で１〜10
時間の範囲内であれば同様の結果が得られ、実用
的には350〜450℃の温度で１〜２時間で良好な結
果が得られる。 〔実施例〕 以下、本発明を実施例について詳細に説明す
る。 第１表に示す組成の合金を1000℃の温度に加熱
して水焼入れした後、500℃の温度で１時間時効
処理し、これについてマルテンサイト逆変態点
（Af点）、超弾性及び形状記憶性を測定した。そ
の結果を第１表に併記した。尚、参考のため溶体
化処理後の超弾性及び形状記憶性を測定し、その
結果を第１表に併記した。 各合金は常法により黒鉛ルツボを用いて真空高
周波溶解炉により溶解し、水冷鋳型に鋳造した鋳
塊に熱間鍛造と熱間圧延を加えた後中間焼鈍と冷
間伸線加工を繰返して直径1.0mmの線に仕上げ
た。ただし、本発明合金No.５については、伸線加
工が困難であつたため、圧延加工により厚さ１mm
の板に仕上げ、これより砥石切断によつて幅３
mm、長さ150mmに切断して板状試料とした。これ
等線材及び板材について表面のスケールを除去し
た後、アルゴン雰囲気中、1000℃の温度で１時間
溶体化処理し、氷水中に焼入れ、これを石英管内
に装入して500℃の温度で１時間時効処理した。 形状記憶性は線材又は板材を直径10mmの鉄製棒
に変態温度より20℃以上低い温度で巻き付け、そ
のままの状態で棒から外し、温水中で加熱して変
態温度以上になつた時の直線形状への回復度を角
度により測定し、該角度が175゜以上のものを◎
印で、135゜以上、175゜未満のものを〇印、135
゜未満のものを△印で示した。尚、変態温度が室
温以下のものについてはドライアイスとアルコー
ルの混合液中で巻付けを行つた。 また超弾性は線材又は板材を直径10mmの鉄製棒
に変態温度より高い温度で巻き付けた後、巻き付
け力を除去し、その際のスプリングバツクで回復
した後の角度を測定し、形状記憶性と同様にして
示した。
【表】
〓〓〓〓〓
このように本発明によればNi―Ti基合金を溶
体化処理後に時効処理することにより、冷間加工
を必要とせずに、高性能の超弾性、非可逆形状記
憶性が得られるもので、工業上顕著な効果を奏す
るものである。 〓〓〓〓〓
体化処理後に時効処理することにより、冷間加工
を必要とせずに、高性能の超弾性、非可逆形状記
憶性が得られるもので、工業上顕著な効果を奏す
るものである。 〓〓〓〓〓
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ Ni50.0〜52.0at％、残部Tiからなる合金の母
相中に微細なNi3Ti相を分散析出させ、かつ内部
応力が均一であることを特徴とする超弾性、非可
逆形状記憶性Ni―Ti基合金材。 ２ Ni50.0〜52.0at％、残部Tiからなる合金のNi
又はTi含有量の1.0at％以下をＶ、Cr、Mn、
Fe、Co、Cu、Zr、Nb、Mo、Ta及び貴金族から
選ばれる元素の１種又は２種以上で置換した合金
の母相中に微細なNi3Ti相を分散析出させかつ内
部応力が均一であることを特徴とする超弾性、非
可逆形状記憶性Ni―Ti基合金材。 ３ Ni50.0〜52.0at％、残部Tiからなる合金を
700〜1100℃の温度で溶体化処理した後、300〜
600℃の温度で時効処理することを特徴とする超
弾性、非可逆形状記憶性Ni―Ti基合金材の製造
方法。 ４ 溶体化処理後の冷却を水焼入する特許請求の
範囲第３項記載の超弾性、非可逆形状記憶性Ni
―Ti基合金材の製造方法。 ５ Ni50.0〜52.0at％、残部Tiからなる合金のNi
又はTi含有量の1.0at％以下をＶ、Cr、Mn、
Fe、Co、Cu、Zr、Nb、Mo、Ta及び貴金族から
選ばれる元素の１種又は２種以上で置換した合金
を700〜1100℃の温度で溶体化処理した後、300〜
600℃の温度で時効処理することを特徴とする超
弾性、非可逆形状記憶性Ni−Ti基合金材の製造
方法。 ６ 溶体化処理後の冷却を水焼入する特許請求の
範囲第５項記載の超弾性、非可逆形状記憶性Ni
―Ti基合金材の製造方法。
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| JP13706682A JPS5928548A (ja) | 1982-08-06 | 1982-08-06 | 超弾性、非可逆形状記憶性Ｎｉ−Ｔｉ基合金材とその製造方法 |
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| JP13706682A JPS5928548A (ja) | 1982-08-06 | 1982-08-06 | 超弾性、非可逆形状記憶性Ｎｉ−Ｔｉ基合金材とその製造方法 |
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ID=15190094
Family Applications (1)
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| JP13706682A Granted JPS5928548A (ja) | 1982-08-06 | 1982-08-06 | 超弾性、非可逆形状記憶性Ｎｉ−Ｔｉ基合金材とその製造方法 |
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1982
- 1982-08-06 JP JP13706682A patent/JPS5928548A/ja active Granted
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