(57)【要約】【課題】  Ｆｅ-Ｍｎ-Ｓｉ系形状記憶合金にＮｂとＣ元素を少量添加し、適当な時効熱処理により、微細なＮｂＣ炭化物を析出させることによって頻雑なトレーニング加工操作なしでも十分良好な形状記憶効果を発現しうる合金を提供することに成功しているが、その熱処理方法は、二段階操作に依っていた。これをさらに１段階の熱処理で済む熱処理方法を提供する。【解決手段】  Ｎｂ、Ｃを添加したＦｅ-Ｍｎ-Ｓｉ系形状記憶合金における加工熱処理方法において、前記合金を加熱時効処理してＮｂＣ炭化物を析出させ、次いで、余熱状態にある合金の温度が２００℃未満に低下する前に、５〜７０％加工することによって形状記憶特性を発現させる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｎｂ、Ｃを添加したＦｅ-Ｍｎ-Ｓｉ系形状記憶合金における加工熱処理方法において、前記合金を加熱時効処理してＮｂＣ炭化物を析出させ、次いで、余熱状態にある合金の温度が２００℃未満に低下する前に、５〜７０％加工することを特徴とする、Ｎｂ、Ｃを添加したＦｅ-Ｍｎ-Ｓｉ系形状記憶合金の加工熱処理方法。
【請求項２】
前記Ｎｂ、Ｃを添加したＦｅ-Ｍｎ-Ｓｉ系形状記憶合金が、合金成分として、Ｍｎ：１５〜４０重量％、Ｓｉ：３〜１５重量％、Ｎｂ：０．１〜１．５重量％、Ｃ：０．０１〜０．２重量％を含み、残部Ｆｅ及び不可避的不純物より成り、ＮｂとＣの原子比Ｎｂ／Ｃが１以上であることを特徴とする、請求項１記載のＮｂ、Ｃを添加したＦｅ-Ｍｎ-Ｓｉ系形状記憶合金の加工熱処理方法。
【請求項３】
前記Ｎｂ、Ｃを添加したＦｅ-Ｍｎ-Ｓｉ系形状記憶合金が、合金成分として、Ｍｎ：１５〜４０重量％、Ｓｉ：３〜１５重量％、Ｃｒ：１〜２０重量％、Ｎｂ：０．１〜１．５重量％、Ｃ：０．０１〜０．２重量％を含み、残部Ｆｅ及び不可避的不純物より成り、ＮｂとＣの原子比Ｎｂ／Ｃが１以上であることを特徴とする、請求項１記載のＮｂ、Ｃを添加したＦｅ-Ｍｎ-Ｓｉ系形状記憶合金の加工熱処理方法。
【請求項４】
前記Ｎｂ、Ｃを添加したＦｅ-Ｍｎ-Ｓｉ系形状記憶合金が、合金成分として、Ｍｎ：１５〜４０重量％、Ｓｉ：３〜１５重量％、Ｃｒ：１〜２０重量％、Ｎｉ：０．１〜２０重量％、Ｎｂ：０．１〜１．５重量％、Ｃ：０．０１〜０．２重量％を含み、残部Ｆｅ及び不可避的不純物より成り、ＮｂとＣの原子比Ｎｂ／Ｃが１以上であることを特徴とする、請求項１記載のＮｂ、Ｃ添加Ｆｅ-Ｍｎ-Ｓｉ系形状記憶合金の加工熱処理方法。
【請求項５】
前記ＮｂとＣの原子比が、好ましくは１．０〜１．２の範囲に設定されてなることを特徴とする、請求項２ないし４の何れか１項に記載のＮｂＣ添加Ｆｅ-Ｍｎ-Ｓｉ系形状記憶合金の加工熱処理方法。
【請求項６】
前記ＮｂＣ添加Ｆｅ-Ｍｎ-Ｓｉ系形状記憶合金が、不純物として、Ｃｕ：３重量％以下、Ｍｏ：２重量％以下、Ａｌ：１０重量％以下、Ｃｏ：３０重量％以下、Ｎ：５０００ｐｐｍ以下含んでなる、請求項２ないし５の何れか１項に記載のＮｂＣ添加Ｆｅ-Ｍｎ-Ｓｉ系形状記憶合金の加工熱処理方法。
【請求項７】
前記加熱時効する処理条件が４００〜１１００℃の温度範囲で、１分〜２時間加熱するものであることを特徴とする、請求項１ないし６の何れか１項に記載のＮｂＣ添加Ｆｅ-Ｍｎ-Ｓｉ系形状記憶合金の加工熱処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＮｂＣ添加Ｆｅ-Ｍｎ-Ｓｉ系形状記憶合金の加工熱処理方法に関する。さらに詳しくは、この発明は、いわゆるトレーニングなしでも上記合金の形状記憶特性を発現し、その性能の向上を図ることが出来る、ＮｂＣ添加Ｆｅ-Ｍｎ-Ｓｉ系形状記憶合金の加工熱処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｆｅ-Ｍｎ-Ｓｉ系形状記憶合金が提案、発明されて以来久しいが、その利用状況は、未だ充分に活用されているとは言えず、一般に供され、普及した実用化段階にはほど遠い状況にある。その原因の一つに、これまでに提案された形状記憶合金はトレーニングといわれる特殊な加工熱処理をしなければ、十分な形状記憶効果が発現されない点に大きな理由が存していた。ここにトレーニングとは、室温で２-３％の変形を施した後、逆変態点以上の６００℃近傍で加熱するという処理を数回以上繰り返す形状記憶加工操作を指すものである。
【０００３】
このような状況に対して、近年、本発明者らのグループにおいては、この問題を打破すべく鋭意研究した結果、Ｆｅ-Ｍｎ-Ｓｉ系形状記憶合金にＮｂとＣ元素を少量添加し適当な時効熱処理により、微細なＮｂＣ炭化物を析出させることによって頻雑なトレーニング加工操作なしでも十分良好な形状記憶効果を示すことを見出し、その成果を特許出願し、日本および米国においてそれぞれ特許を取得した（特許文献１、特許文献２参照）。その後さらに、本発明者ら研究グループにおいてこのＮｂＣ添加合金の加工熱処理手段につき鋭意研究を進めた結果、このＮｂ、Ｃ添加のＦｅ-Ｍｎ-Ｓｉ系形状記憶合金は、オーステナイト状態となる５００〜８００℃の温度範囲で加工した後時効すると更に優れた形状記憶特性が得られることを見出し、これについて目下特許出願中（特許文献３、特許文献４参照）である。さらに研究を進め、室温で加工した後時効処理しても形状記憶特性が顕著に改善されうることを見出し、これについても現在特許出願中（特許文献５参照）である。
【０００４】
【特許文献１】特許第３５４２７５４号
【特許文献２】米国特許第６５２４４０６号
【特許文献３】特開２００３−１０５４３８号公報
【特許文献４】特開２００３−２７７８２７号公報
【特許文献５】特開２００４−１９７１６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
これら特許文献１ないし５において提案した形状記憶合金とその熱処理方法に係る発明は、いわゆるトレーニングを必要としていた従前の形状記憶合金に係る技術に比して、形状記憶特性を向上せしめうると共に、そのための加工操作を著しく簡易なものとした点で、形状記憶合金の実用化に飛躍的な貢献をなしたもので、非常に優れた技術を提案したものと評価することができる。しかしながら、これら提案による形状記憶合金とそのための熱処理方法においても、そこには、なお改善すべき余地が依然として残っているものであった。
【０００６】
すなわち、後者三つの特許出願（特開２００３−１０５４３８、特開２００３−２７７８２７、特開２００４−１９７１６１）は、最近開発された最も新しい形状記憶合金とその熱処理方法であるといえるが、その加工操作は、加工による内部組織制御によって、これに続く時効熱処理時に析出するＮｂＣ炭化物を微細にするとともに、母相を強化することによって、形状記憶効果を改善するものであるが、このために工程が一つ増えてしまう。特に、このうち二つの先行特許出願（特開２００３−１０５４３８、特開２００３−２７７８２７）は、合金をオーステナイト状態で加工するための加熱と、その後の時効処理という、加工を挟んだ二段階の熱処理を必要とするものであった。
【０００７】
本発明者らにおいては、この加工を挟んだ二段階熱処理を、１回の熱処理プロセスで済ませることができれば、その工程は大きく簡素化され画期的と考え、鋭意研究した。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
すなわち、本発明者ら研究グループにおいては、先に特許出願したＮｂＣ添加したＦｅ-Ｍｎ-Ｓｉ系形状記憶合金を前提技術として、この合金の熱処理方法について鋭意研究した。その結果、時効処理を先に行ってＮｂＣを析出させ、余熱が冷めないオーステナイト状態にある段階で速やかに加工することにより、温間圧延後時効した場合と同程度の形状記憶特性を発現できるという思いもよらない効果が奏せられることを見いだしたものである。すなわち、熱処理は最初の時効処理だけの一回の熱処理で済ませられる工程の簡略化した熱処理方法を開発するのに成功した。本発明は、上記知見に基づいてなされたものである。すなわち、本発明は、ＮｂＣ添加したＦｅ-Ｍｎ-Ｓｉ系形状記憶合金を前提従来技術とし、この形状記憶合金について、１回の熱処理プロセスで済ますことのできる熱処理手段、熱処理工程を開発するのに成功したものである。その発明の構成は、以下（１）ないし（７）に記載する通りである。
【０００９】
（１）  Ｎｂ、Ｃを添加したＦｅ-Ｍｎ-Ｓｉ系形状記憶合金における加工熱処理方法において、前記合金を加熱時効処理してＮｂＣ炭化物を析出させ、次いで、余熱状態にある合金の温度が２００℃未満に低下する前に、５〜７０％加工することを特徴とする、Ｎｂ、Ｃを添加したＦｅ-Ｍｎ-Ｓｉ系形状記憶合金の加工熱処理方法。
（２）  前記Ｎｂ、Ｃを添加したＦｅ-Ｍｎ-Ｓｉ系形状記憶合金が、合金成分として、Ｍｎ：１５〜４０重量％、Ｓｉ：３〜１５重量％、Ｎｂ：０．１〜１．５重量％、Ｃ：０．０１〜０．２重量％を含み、残部Ｆｅ及び不可避的不純物より成り、ＮｂとＣの原子比Ｎｂ／Ｃが１以上であることを特徴とする、（１）記載のＮｂ、Ｃを添加したＦｅ-Ｍｎ-Ｓｉ系形状記憶合金の加工熱処理方法。
（３）  前記Ｎｂ、Ｃを添加したＦｅ-Ｍｎ-Ｓｉ系形状記憶合金が、合金成分として、Ｍｎ：１５〜４０重量％、Ｓｉ：３〜１５重量％、Ｃｒ：１〜２０重量％、Ｎｂ：０．１〜１．５重量％、Ｃ：０．０１〜０．２重量％を含み、残部Ｆｅ及び不可避的不純物より成り、ＮｂとＣの原子比Ｎｂ／Ｃが１以上であることを特徴とする、（１）記載のＮｂ、Ｃを添加したＦｅ-Ｍｎ-Ｓｉ系形状記憶合金の加工熱処理方法。
（４）  前記Ｎｂ、Ｃを添加したＦｅ-Ｍｎ-Ｓｉ系形状記憶合金が、合金成分として、Ｍｎ：１５〜４０重量％、Ｓｉ：３〜１５重量％、Ｃｒ：１〜２０重量％、Ｎｉ：０．１〜２０重量％、Ｎｂ：０．１〜１．５重量％、Ｃ：０．０１〜０．２重量％を含み、残部Ｆｅ及び不可避的不純物より成り、ＮｂとＣの原子比Ｎｂ／Ｃが１以上であることを特徴とする、（１）記載のＮｂ、Ｃ添加Ｆｅ-Ｍｎ-Ｓｉ系形状記憶合金の加工熱処理方法。
（５）  前記ＮｂとＣの原子比が、好ましくは１．０〜１．２の範囲に設定されてなることを特徴とする、（２）乃至（４）の何れか１項に記載のＮｂＣ添加Ｆｅ-Ｍｎ-Ｓｉ系形状記憶合金の加工熱処理方法。
（６）  前記ＮｂＣ添加Ｆｅ-Ｍｎ-Ｓｉ系形状記憶合金が、不純物として、Ｃｕ：３重量％以下、Ｍｏ：２重量％以下、Ａｌ：１０重量％以下、Ｃｏ：３０重量％以下、Ｎ：５０００ｐｐｍ以下含んでなる（２）２乃至（５）記載の何れか１項に記載のＮｂＣ添加Ｆｅ-Ｍｎ-Ｓｉ系形状記憶合金の加工熱処理方法。
（７）  前記加熱時効する処理条件が４００〜１１００℃の温度範囲で、１分〜２時間加熱するものであることを特徴とする（１）乃至（６）記載の何れか１項に記載のＮｂＣ添
加Ｆｅ-Ｍｎ-Ｓｉ系形状記憶合金の加工熱処理方法。
【発明の効果】
【００１０】
本発明は、Ｎｂ、Ｃを添加したＦｅ-Ｍｎ-Ｓｉ系形状記憶合金における加工熱処理方法において、前記Ｎｂ、Ｃを添加したＦｅ-Ｍｎ-Ｓｉ系形状記憶合金を加熱時効処理してＮｂＣ炭化物を析出させ、次いで、余熱状態にある合金の温度が２００℃未満に低下する前に、５〜７０％加工することによって、形状を記憶せしめるものであり、従前の形状記憶させる熱処理工程に比し、熱処理は、時効処理の１回の熱処理だけで、熱処理工程を減らすことができる格別の効果が奏せられ、その意義は極めて大きい。これによって、今後、ＮｂＣ添加Ｆｅ-Ｍｎ-Ｓｉ系形状記憶合金の実用化に大いに貢献し、広く産業の発展に寄与するものと確信する。
【００１１】
ここに前記構成において、（１）における前段の記載において、Ｎｂ、Ｃを添加したＦｅ-Ｍｎ-Ｓｉ系形状記憶合金は、本発明の加工熱処理方法において対象とする合金を示すものである。その対象とするＮｂＣ添加Ｆｅ-Ｍｎ-Ｓｉ系対象形状記憶合金そのものは、すでに幾つかの先行特許出願に提案され、すでに公表されている。本発明は、この公表された合金を前提としてなされたものである。そして（１）における後段の記載において、余熱状態にある合金の加工を合金の温度が２００℃未満に低下する前に行うとした点の事項は、２００℃未満の温度ではマルテンサイトが加工誘起され、オーステナイト状態での加工が困難となるためである。また、室温での加工率を５〜７０％と規定した理由は、５％未満では形状記憶特性の有意な改善効果が得られないためであり、７０％以上の加工は著しい加工硬化のためにクラック等の欠陥が発生するためである。すなわち、形状記憶改善効果が発現し、且つクラックが発生しない加工領域を規定したものである。
【００１２】
さらに、（２）ないし（４）においては、前記（１）記載のＮｂ、Ｃを添加したＦｅ-Ｍｎ-Ｓｉ系形状記憶合金について、これをさらに成分組成に基づいて具体的に３つの態様に分けて開示しているものであり、そのいずれも先の出願（特許３５４２７５４、米国特許６５２４４０６、特開２００３−１０５４３８、特開２００３−２７７８２７、特開２００４−１９７１６１）で開示してなるものである。その一つの合金組成が、（２）に記載する、Ｍｎ：１５〜４０重量％、Ｓｉ：３〜１５重量％、Ｎｂ：０．１〜１．５重量％、Ｃ：０．０１〜０．２重量、そして残部がＦｅ及び不可避的不純物であり、ＮｂとＣの原子比Ｎｂ／Ｃが１以上である合金である。
【００１３】
さらに、他の態様の合金組成が（３）に記載する、Ｍｎ：１５〜４０重量％、Ｓｉ：３〜１５重量％、Ｃｒ：１〜２０重量％、Ｎｂ：０．１〜１．５重量％、Ｃ：０．０１〜０．２重量％を含み、残部Ｆｅ及び不可避的不純物より成り、ＮｂとＣの原子比Ｎｂ／Ｃが１以上である合金である。さらにまた、他の態様の合金組成が（４）に記載する、Ｍｎ：１５〜４０重量％、Ｓｉ：３〜１５重量％、Ｃｒ：１〜２０重量％、Ｎｉ：０．１〜２０重量％、Ｎｂ：０．１〜１．５重量％、Ｃ：０．０１〜０．２重量％を含み、残部Ｆｅ及び不可避的不純物より成り、ＮｂとＣの原子比Ｎｂ／Ｃが１以上である合金である。
【００１４】
また、（５）においては、以上のＮｂ、Ｃを添加したＦｅ-Ｍｎ-Ｓｉ系形状記憶合金における、ＮｂとＣの原子比について好ましい原子比を規定するものであり、Ｎｂ／Ｃが、１．０〜１．２であることが好ましい。
【００１５】
さらに、（６）に記載する事項は、本発明で対象とするＮｂ、Ｃを添加したＦｅ-Ｍｎ-Ｓｉ系形状記憶合金における不純物を規定するものであるが、該合金は不純物として、３重量％以下のＣｕ、２重量％以下のＭｏ、１０重量％以下のＡｌ、３０重量％以下のＣｏ、又は５０００ｐｐｍ以下のＮの少なくとも１種もしくはそれ以上を含むことが許容される。
【００１６】
さらにまた、（７）に記載する事項は、時効加熱処理条件を４００〜１１００℃の温度範囲で、１分〜２時間加熱とすることを規定するものであるが、その規定理由は、ＮｂＣ炭化物の時効析出条件を規定したものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明を、実施例および図面に基づいて説明する。これらの実施例、図面は、本発明を容易に理解しうるようにするための一助として具体例に基づいて説明するものであり、これによって、本発明を限定する趣旨ではない。
【００１８】
図１は、後述する実施例に記載したＮｂＣを添加した形状記憶合金（Ｆｅ-２８Ｍｎ-６Ｓｉ-５Ｃｒ-０．５３Ｎｂ-０．０６Ｃ（ｍａｓｓ-％））に対して、本発明の熱処理を適用した場合の形状回復率と変形量の関係に及ぼす加工熱処理条件の影響を明らかにするための図である。図１において時効後圧延は、前記合金を８００℃で１０分間時効後１４％および３０％の圧延率で加工を行った。また、比較例とする先行技術による圧延後時効は、６００℃で１４％圧延後８００℃で１０分時効を行った。さらに、比較のためＮｂおよびＣを含まないＦｅ-２８Ｍｎ-６Ｓｉ-５Ｃｒ（ｍａｓｓ％）組成について、１２００℃１０時間の均一加熱処理のみ行った合金、および５回トレーニング処理を行った合金の結果も示す。
【００１９】
図２は、Ｆｅ-２８Ｍｎ-６Ｓｉ-５Ｃｒ-０．５３Ｎｂ-０．０６Ｃ（ｍａｓｓ％）合金の形状回復力に及ぼす加工熱処理条件の影響を比較する図である。試料を室温で約４％の引張変形を施して４００℃まで加熱し、その後室温まで冷却することにより形状回復力を発生させる過程を示している。
【００２０】
図３は、８００℃で１０分時効後３０％圧延したＦｅ-２８Ｍｎ-６Ｓｉ-５Ｃｒ-０．５３Ｎｂ-０．０６Ｃ（ｍａｓｓ％）合金の透過電子顕微鏡写真である。図を上下斜めに貫く多数の平行線は同一結晶面上の積層欠陥である。また、数ナノメ-トルサイズのＮｂＣ炭化物の存在も確認される。ＮｂＣ炭化物粒内の縞模様はオーステナイトとＮｂＣ炭化物との干渉縞であり、そのような干渉縞が観察されることにより、炭化物の存在を確認できる。
【００２１】
図４は、８００℃で１０分時効後３０％圧延したＦｅ-２８Ｍｎ-６Ｓｉ-５Ｃｒ-０．５３Ｎｂ-０．０６Ｃ（ｍａｓｓ％）合金の透過電子顕微鏡写真である。図３とは別の部位で撮影した。高密度の転位により複雑なコントラストとなっている。また、積層欠陥も一部に観察される。ＮｂＣ炭化物、積層欠陥、転位は、試料の傾斜角で決まる回折条件が適当である場合に観察されるため、図３や図４のような様々な組織写真が得られるが、これら析出物や内部欠陥は結晶粒内に一様に混在していると考えられる。
【００２２】
実施例；
合金組成：Ｆｅ-２８Ｍｎ-６Ｓｉ-５Ｃｒ-０．５３Ｎｂ-０．０６Ｃで示される形状記憶合金（数値は、ｍａｓｓ％）を溶製準備し、形状記憶合金インゴットを得た（以下、合金Ａという）。得られた合金Ａを、熱処理条件、加工条件を変えてこれらの条件による影響、形状記憶性能の違いを調査した。
比較のため、ＮｂおよびＣを含まないＦｅ-２８Ｍｎ-６Ｓｉ-５Ｃｒで示される形状記憶合金インゴットも作製し（以下、合金Ｂという）、その形状記憶性能も調査した。図１に、これらの試料の形状記憶特性に関する調査結果を掲載した。図１において、△印は、合金Ａを、６００℃で加熱した後１４％の圧延率で加工を行い、引き続き８００℃で１０分間時効加熱処理した試料、いわゆる温間圧延後時効した試料である。また、●印は、合金Ａを、８００℃で１０分間加熱して時効した後、１４％の圧延率で加工した試料、▲印
は、合金Ａを、８００℃で１０分間加熱して時効した後、３０％の圧延率で加工した試料である。さらにまた、図１において、□印は、合金Ｂを１２００℃１０時間の均一化加熱処理（溶体化処理）のみを行った試料、○印は、合金Ｂを均一化加熱処理後、さらに５回トレーニング処理を行った試料である。
図１において、横軸は室温における引っ張り変形による変形量（％）であり、縦軸の形状回復率（％）は試料を６００℃に加熱した場合の伸びの回復率である。４００℃まで加熱した場合もこれとほぼ同一の形状回復率が得られる。この実験において用いた試料片は、厚さ０．６ｍｍ、幅１〜４ｍｍ、長さ（ゲージ長）１５ｍｍに調製した試験片を用いて試験を行った。
【００２３】
その結果は、本発明の実施例である時効後１４％圧延した試料（●印）の形状記憶回復率は、従来技術の５回トレーニングしたＮｂＣ無添加の合金（○印）や、先行技術の二段階加熱による試料、すなわち、１４％温間圧延後時効した試料（△印）と比べると、ほとんど同レベルか、遜色のない優れた形状記憶性能を発現していることが示されている。特に変形量３％まで１００％の形状回復率を示していることは、従来のいかなる加工熱処理方法でも達成できなかったことである。また、実用的に必要な変形量は約４％であるが、この変形量においても約９０％の形状記憶回復率を示していることは、実用合金として使用可能なことを強く示唆している。これと同じ形状回復率をＮｂＣ無添加の通常のＦｅ-Ｍｎ-Ｓｉ基形状記憶合金で得るために少なくとも５回のトレーニングが必要であることを考えるとその作用効果は極めて優れていると言える。
【００２４】
図１によると、本発明の処理は、圧延率が高くなると（３０％、▲印）、形状回復率はやや低下傾向を示すものの、その低下量は小さく、依然変形量２％まで完全な形状回復を示している。温間圧延後時効あるいは冷間圧延後時効の場合、加工率が適正値を超える大幅な形状回復率の低下を示したことと比較して、本発明の優れた特徴の一つといえる。
【００２５】
次に、形状記憶合金において実用上重要な特性である形状回復力を調査することによって、本発明の意義を評価した。その評価結果は、図２に示す通りであった。図２において、●印は、時効後圧延（３０％）した試料、□印は、時効後圧延（１４％）した試料で、共に本発明の実施例に相当する試料である。これに対して、＊印は、圧延後時効（１４％）した試料で、いわゆる二段階加熱による先行技術による試料であり、比較例に相当する。図２によると、形状回復力は、本発明の処理、すなわち、時効後圧延した試料（●、□印）は、圧延後時効の試料（＊印）よりも良好な結果を示した。この図２に示す評価試験は、各試料に４％の引張変形を施した後両端を固定して逆変態温度以上に加熱し、その後再び室温に戻したときの発生応力の変化を測定することによって示したものである。時効後１４％圧延した試料は、加熱による形状回復力の発生およびそれに続く冷却の過程で、１４％圧延後時効した試料と同程度の形状回復力（約２５０ＭＰａ）を発生する。さらに、時効後３０％圧延した試料では、圧延後時効した試料よりも高い形状回復力（３００ＭＰａ）も得られている。
【００２６】
次に、本発明の処理をした合金の組織を、透過型電子顕微鏡によって観察し、評価した。図３および図４は、時効後圧延した本発明による試料の透過電子顕微鏡組織写真による合金組織図である。この観察は、試料を透過電子顕微鏡中で傾斜させて様々な条件で明視野像を結像させることにより、得られた電子顕微鏡像（ＴＥＭ像）を、主としてこの二種類に代表して示したものである。そのうち、図３は、平行線として現れる積層欠陥と粒径数ナノメートルサイズのＮｂＣ炭化物の存在を示すＴＥＭ像であり、図４には、高密度の転位によると考えられる複雑なコントラストが観察されている。ＮｂＣ炭化物、積層欠陥、転位は結晶粒内に混在していると考えられる。これらの像から、本発明による時効後圧延した試料では、加工により導入された積層欠陥や転位がこのように高密度で残存しており、ＮｂＣ炭化物とともに形状記憶効果の改善に寄与していると考えられる。
【００２７】
本発明は、以上述べたとおりであるが、従来のトレーニング熱処理と比較すると、いわゆる熱処理工程が著しく簡単化され、しかも、この簡単化された特有な熱処理工程によっても、同等かそれ以上の優れた形状記憶特性が発現するものである。そのメカニズムについては今後の研究に待つところが大きいが、現状では、次のように要約される。すなわち、通常の溶製法によって作製されたＮｂおよびＣを添加したＦｅ-Ｍｎ-Ｓｉ基形状記憶合金に時効熱処理を施してＮｂＣを析出させ、次いで、余熱状態にある合金を速やかに加工することによって、転位や積層欠陥などの内部欠陥を導入して合金を加工強化すると共に、ＮｂＣ炭化物との相乗効果によって形状記憶特性を改善する。その際、加工は、加工によりマルテンサイトが発生せぬよう、応力誘起マルテンサイト変態の上限温度以上で行われる。これにより、温間圧延後時効した合金と同等の形状回復ひずみが得られると共に、温間圧延後時効した合金よりも高い形状回復力が得られる。大略すると、以上のメカニズムによって、先行特許出願の発明よりも簡単な工程で、同等かそれ以上の形状記憶特性が達成されうると考えられる。
【００２８】
以上述べたように、本発明は、Ｎｂ、Ｃを添加してなる特定の組成を有するＦｅ-Ｍｎ-Ｓｉ系形状記憶合金に対して、時効処理後圧延することによっても、温間圧延後時効した場合と同程度の形状記憶特性を得ることに始めて成功したものである。煩雑な操作を伴うトレーニングに対する優位性は歴然としている。先行技術における温間圧延後時効と比較しても、熱処理工程を一段階省略できるという利点を有する。また、積層欠陥や転位が高密度に導入された特有の内部組織の影響により、形状回復率は同程度に保ったままで、より高い形状回復力を得られるという点で、先行技術よりも優れており、低コスト化と高機能化の両面に技術的意義を有することは明らかである。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本発明は、ＮｂＣ添加Ｆｅ-Ｍｎ-Ｓｉ系形状記憶合金に対して、時効処理後圧延することによって、二段階加熱を要する温間圧延後時効した場合と同程度の形状記憶特性を得ることに始めて成功したものである。本発明の前提とした先行技術をも含めた従来技術に比し、形状記憶特性を発現するための加熱操作が簡素化され、今後形状記憶合金の普及に大いに貢献し、各種技術分野に使用され、普及することが予想される。具体的利用態様としては、パイプ用継手(上下水道用管、 石油油送管など)、ロッド状鉄骨締結部材、コンクリート強化繊維、サーマル・スイッチ等が上げられるが、勿論、これは一例であって、本発明の利用形態はこれにとどまるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】Ｆｅ-２８Ｍｎ-６Ｓｉ-５Ｃｒ-０．５３Ｎｂ-０．０６Ｃ（ｍａｓｓ％）合金の形状回復率と変形量の関係に及ぼす加工熱処理条件の影響を示す図。
【図２】Ｆｅ-２８Ｍｎ-６Ｓｉ-５Ｃｒ-０．５３Ｎｂ-０．０６Ｃ（ｍａｓｓ％）合金の形状回復力に及ぼす加工熱処理条件の影響を示す図。
【図３】８００℃で１０分時効後３０％圧延したＦｅ-２８Ｍｎ-６Ｓｉ-５Ｃｒ-０．５３Ｎｂ-０．０６Ｃ（ｍａｓｓ％）合金の透過電子顕微鏡写真を示す図。
【図４】８００℃で１０分時効後３０％圧延したＦｅ-２８Ｍｎ-６Ｓｉ-５Ｃｒ-０．５３Ｎｂ-０．０６Ｃ（ｍａｓｓ％）合金の透過電子顕微鏡写真を示す図。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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