JPH044391B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

（産業上の利用分野） 本発明は高強度高靭性で形状記憶効果にすぐ
れ、必要な場合には耐食性、熱間加工性を有する
Fe−Mn−Si系形状記憶合金に関するものであ
る。 （従来の技術） 形状記憶現象を示す合金は、Ti−Ni合金を始
め、銅基合金、鉄基合金など数多く知られている
（例えば「金属」1983年３月号38頁）。これらのう
ち例えば本出願人の出願に係る特願昭59−187403
号に示されるFe−Mn−Si合金は、通常の溶解圧
延方法によつて製造してもすぐれた形状記憶特性
を示す。しかし100％の形状記憶効果を示すには
至つていない。 （発明が解決しようとする課題） さてFe−Mn−Si系合金は加工によつてマルテ
ンサイトが生じる温度（Md点）以下、例えば室
温で変形すると面心立方構造のオーステナイト
（γ）母相が稠密六方構造のマルテンサイト（ε）
に変態する。この後逆変態終了温度（Af点）以
上に加熱すると、このεマルテンサイトがもとの
γ母相に逆変態し形状記憶効果を示す。この際変
態によつてεマルテンサイトのみが生じればよい
が、γ母相のすべり変形も同時に生じる。このγ
のすべりは加熱によつて回復不可能なひずみの原
因となり、Fe−Mn−Si系合金で形状回復率が
100％とならない一因と考えられる。またFe−
Mn−Si系合金では実用材料として用いる場合に
は耐食性、耐熱性、靭性に問題がある。 （課題を解決するための手段） Fe−Mn−Si系合金の形状記憶効果を高めるた
めにはγ→ε変態の生じる応力を、γのすべり変
形の生じる応力よりも相対的に低くなるようにす
ればよい。γとεはともに最稠密構造であり、そ
の構造のちがいは積層のちがいである。そこで積
層欠陥エネルギーを低くすればγ→ε変態が起こ
りやすくなると考えられる。 積層欠陥エネルギーは合金元素添加の影響を大
きくうけ、γ鉄合金の場合、Cr、Mo、Co、Ｃ、
Alの添加でその値の低くなることが知られてい
る。 そこで本発明者等はこれら合金元素を添加し
た。ところγ→ε変態が容易となり、形状記憶特
性が向上することを見出した。またCuを少量添
加すると形状記憶特性を劣化させずに耐食性を向
上させることが可能であり、さらにNiは形状記
憶特性を劣化させずに靭性を向上させる等々の知
見を得た。 本発明はこのような知見に基づくものであつ
て、重量パーセントとして、Mn20〜40％および
Si3.5〜８％に加えて、10％以下のCr、Ni、Co、
２％以下のMo、１％以下のＣ、Al、Cuの１種ま
たは２種以上を含有し、残部は実質的にFeより
なることを特徴とする形状記憶合金を要旨とする
ものである。すなわち本発明はFe−Mn−Si系形
状記憶合金に種々の合金元素を添加することによ
り形状記憶特性の改善と、耐食性、耐熱性、高靭
性を付与したことを特徴とするものである。 本発明では、前述のMn、Siを含む基本成分に、
形状記憶特性の改善のためにCo、Mo、Ｃ、Al
を、耐食性を向上させるためにCr、Cuを、また
靭性などを付与するためにNiを添加したもので
ある。 これらの合金元素の添加効果は、主要な効果を
もとに分類したものであり、個々の元素によつて
は、後述するように複数の効果を認めることもで
きる。 すなわち、本発明は、以下に示すような組成を
有することを特徴とする形状記憶合金である。 (1) 重量パーセントとしてMn20〜40％、Si3.5〜
８％に加えて、10％以下のCo、２％以下の
Mo、１％以下のＣ、１％以下のAlの１種また
は２種以上を含有し、残部が実質的にFeより
なることを特徴とする形状記憶合金。 (2) 重量パーセントとしてMn20〜40％、Si3.5〜
８％に加えて、10％以下のCo、２％以下の
Mo、１％以下のＣ、１％以下のAlの１種また
は２種以上と、10％以下のCr、１％以下のCu
の１種または２種を含有し、残部が実質的に
Feよりなることを特徴とする形状記憶合金。 (3) 重量パーセントとしてMn20〜40％、Si3.5〜
８％に加えて、10％以下のCo、２％以下の
Mo、１％以下のＣ、１％以下のAlの１種また
は２種以上と、10％以下のNiを含有し、残部
が実質的にFeよりなることを特徴とする形状
記憶合金。 (4) 重量パーセントとしてMn20〜40％、Si3.5〜
８％に加えて、10％以下のCo、２％以下の
Mo、１％以下のＣ、１％以下のAlの１種また
は２種以上、10％以下のCr、１％以下のCuの
１種または２種、および10％以下のNiを含有
し、残部が実質的にFeよりなることを特徴と
する形状記憶合金。 ここで本発明合金が含有する合金元素の量の限
定理由について説明する。 Mnは20％未満では応力誘起によつてε相の生
成とともにα′相も導入され形状記憶効果が低下す
る。また逆にMnが40％を越えるとγが安定化さ
れ、γ→ε変態よりもγのすべり変形が優先的に
生じるようになる。 Siはγ→ε変態を促進させる元素であるが、そ
の充分な効果は3.5％以上の添加によつて得られ
る。しかし、Siを８％を越えて添加すると、合金
の加工性および成形性が損なわれてしまう。 Crは耐食性の向上に役立つが、10％を越えて
添加すると、Siと低融点の金属間化合物を形成
し、合金の溶製が困難となる。またCrはγ→ε
変態を容易にし、形状記憶特性を向上させるうえ
でも効果的である。 Niは形状記憶特性を劣化させることなく靭性
の向上に寄与するが、これもまた10％を越えて添
加すると熱間加工性が悪くなる。 Coは形状記憶効果を向上させ、熱間加工性も
向上させるが高価であり、また多量に添加しても
効果が顕著ではないのでその上限を10％とした。 Moは形状記憶効果を向上させるとともに耐熱
性をも向上させるが、２％を越えて添加すると熱
間加工性が悪くなり、逆に形状記憶特性も劣化す
る。 Ｃは形状記憶効果を向上させるが、１％を越え
る添加では靭性が著しく劣化する。 Alは脱酸剤としてはたらくとともに、形状記
憶効果を向上させるが、１％以上の添加では効果
に変化がない。 Cuは形状記憶効果を劣化させることなく、耐
食性を向上させるが、その添加は上限１％で十分
である。 （実施例） 以下に実施例を示す。 実施例 第１表に高周波加熱大気炉を用いて溶製した合
金の成分を示す。これらは造塊後すべて1250〜
1050℃で１時間保持し、圧延により13mm厚の板材
として、0.5×1.5×30mmの板材を切り出し、室温
で〜45°の曲げ変形を加え、Af点以上に加熱した
際の回復角度を曲げ角度で除した値で形状記憶効
果の度合を判定し表示した。また熱間成形性につ
いては1200℃で１時間加熱後、13mm迄圧延したス
ラブの表面性状などから判断し、全く問題がない
場合には○、やや難がある場合には△、割れなど
が発生した場合には×で示した。また耐食性につ
いては２×100×100mmの形状の試験片を大気暴露
を１年間行ない、Fe−30Mn−6Si合金の腐食量
を100として、50〜150の場合には△、20〜50の場
合には○、20以下の場合には◎とした。一部につ
いては塩水噴霧テスト（JISZ2371）により耐食
性を評価し、24hr噴霧後の赤錆発生率が20％未満
を◎、20％以上50％未満を○、50％以上を△で示
した。 この結果から、本発明合金は形状記憶特性がす
ぐれているのみでなく、必要に応じては耐食性を
付与することも可能であることが判る。 第２表に、上記と同様の方法で溶製したNiを
添加した合金の衝撃試験の結果を示す。Niを添
加した合金では、室温における吸収エネルギーが
向上していることが判る。

【表】

【表】 ＊印、塩水噴霧テストによる評価を示す。

【表】 （発明の効果） 以上説明したように本発明は比較的安価な合金
成分系を用い、形状記憶性、耐食性、熱間加工性
のすぐれた形状記憶合金を得ることができる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 重量パーセントとしてMn20〜40％、Si3.5〜
   ８％に加えて、10％以下のCo、２％以下のMo、
   １％以下のＣ、１％以下のAlの１種または２種
   以上を含有し、残部が実質的にFeよりなること
   を特徴とする形状記憶合金。 ２ 重量パーセントとしてMn20〜40％、Si3.5〜
   ８％に加えて、10％以下のCo、２％以下のMo、
   １％以下のＣ、１％以下のAlの１種または２種
   以上と、10％以下のCr、１％以下のCuの１種ま
   たは２種を含有し、残部が実質的にFeよりなる
   ことを特徴とする形状記憶合金。 ３ 重量パーセントとしてMn20〜40％、Si3.5〜
   ８％に加えて、10％以下のCo、２％以下のMo、
   １％以下のＣ、１％以下のAlの１種または２種
   以上と、10％以下のNiを含有し、残部が実質的
   にFeよりなることを特徴とする形状記憶合金。 ４ 重量パーセントとしてMn20〜40％、Si3.5〜
   ８％に加えて、10％以下のCo、２％以下のMo、
   １％以下のＣ、１％以下のAlの１種または２種
   以上、10％以下のCr、１％以下のCuの１種また
   は２種、および10％以下のNiを含有し、残部が
   実質的にFeよりなることを特徴とする形状記憶
   合金。