顯示穩(wěn)定的超彈性的Cu-Al-Mn系棒材和板材、其制造方法、使用該棒材和板材的減震部件 ...的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及穩(wěn)定地發(fā)揮優(yōu)異的超彈性特性的化-Al-Mn系棒材和板材、其制造方 法、使用該棒材和板材的減震部件、W及使用該減震部件的減震結(jié)構(gòu)體。
【背景技術(shù)】
[0002] 形狀記憶合金?超彈性合金隨著熱彈性型馬氏體轉(zhuǎn)變的逆轉(zhuǎn)變而顯示出顯著的形 狀記憶效果和超彈性特性，在生活環(huán)境溫度附近具有優(yōu)異的功能，因而在各種領(lǐng)域中正在 被實(shí)用化。作為形狀記憶合金?超彈性合金的代表性材料，有TiNi合金和銅（化）系合金。 從循環(huán)特性、耐腐蝕性等方面考慮，銅系的形狀記憶合金?超彈性合金（下文中也將它們一 并簡稱為銅系合金）與TiNi合金相比特性較差。另一方面，由于成本低，因而具有使銅系 合金的適用范圍擴(kuò)大的動(dòng)向。但是，銅系合金雖在成本方面有利，但冷加工性差、超彈性特 性也低。因此，目前的狀況是：雖然正在進(jìn)行各種研究，但銅系合金的實(shí)用化未必有充分的 進(jìn)展。
[0003] 迄今為止，對(duì)銅系合金進(jìn)行了各種研究。例如，在下述專利文獻(xiàn)1~3中報(bào)道了控 制結(jié)晶粒徑而冷加工性優(yōu)異的0單相結(jié)構(gòu)的化-Al-Mn系形狀記憶合金等。
[0004] 現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn) 陽00引專利文獻(xiàn)
[0006] 專利文獻(xiàn)1 :日本特開2005-298952號(hào)公報(bào)
[0007] 專利文獻(xiàn)2 :日本特開2001-20026號(hào)公報(bào)
[0008] 專利文獻(xiàn)3 :國際公開W02011/152009A1號(hào)公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 發(fā)明所要解決的課題
[0010] 專利文獻(xiàn)1中，將化-Al-Mn-Ni合金控制成10ymW下的超微細(xì)晶粒組織。并且， 專利文獻(xiàn)1中記載的化-Al-Mn-Ni合金中必須含有Ni,允許含有不到10質(zhì)量％的化。通過 含有Ni,即使使結(jié)晶微細(xì)化也可發(fā)揮減震性，向0單相（奧氏體單相）的結(jié)晶取向的控制 變得容易，但澤火性降低。此處，澤火性（或者澤火敏感性）是指澤火時(shí)的冷卻速度與即將 澤火前的組織的在澤火過程中的穩(wěn)定性的關(guān)系，具體來說，若澤火時(shí)的冷卻速度慢則a相 析出、超彈性特性差，將該情況稱為澤火性敏感。對(duì)于含Ni的銅合金可知：由于a相在更 高的溫度下開始析出，因此即使僅通過線徑變粗等而使得冷卻時(shí)間多少變長，澤火性也差， 無法得到良好的超彈性特性。
[0011] 對(duì)于專利文獻(xiàn)2和專利文獻(xiàn)3中記載的銅系合金而言，所表現(xiàn)出的形狀記憶特性 和超彈性特性缺乏穩(wěn)定性，運(yùn)些特性不穩(wěn)定，從該方面出發(fā)，是仍存在改善余地的水平。專 利文獻(xiàn)2中，為了提高銅系合金的形狀記憶特性和超彈性特性，提出了下述方案：在進(jìn)行向 e單相的結(jié)晶取向的控制的同時(shí)，線材的情況下使平均結(jié)晶粒徑為線徑的一半W上、或者 板材的情況下使平均結(jié)晶粒徑為板厚W上，并且，使具有運(yùn)樣的結(jié)晶粒徑的區(qū)域?yàn)榫€材的 整個(gè)長度或板材的整個(gè)面積的30%W上。此外，專利文獻(xiàn)3中，為了制成使銅系合金的形狀 記憶特性提高、且可適用于結(jié)構(gòu)物的截面尺寸大的銅系合金，提出了下述方案：制成最大結(jié) 晶粒徑超過8mm的巨大晶粒組織。但是，專利文獻(xiàn)2和專利文獻(xiàn)3記載的方法中，化-Al-Mn 系合金中的具有特定尺寸的結(jié)晶粒徑的晶粒的粒徑分布的控制尚不充分，形狀記憶特性和 超彈性特性還沒有足夠穩(wěn)定。
[0012] 如此，在現(xiàn)有技術(shù)中得到的形狀記憶銅系合金中，關(guān)于具有特定尺寸的結(jié)晶粒徑 的晶粒的粒徑分布的控制對(duì)超彈性特性的影響的研究尚不充分，超彈性特性的穩(wěn)定性、再 現(xiàn)性欠缺。
[0013] 本發(fā)明的課題是提供一種穩(wěn)定地發(fā)揮良好的超彈性特性的化-Al-Mn系棒材和板 材、其制造方法、使用該棒材和板材的減震部件、W及使用該減震部件的減震結(jié)構(gòu)體。
[0014] 用于解決課題的手段
[0015] 本發(fā)明人為了解決上述現(xiàn)有的問題進(jìn)行了深入研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在具有近于所謂 竹式組織（具有晶界位于像竹節(jié)那樣的位置的結(jié)晶結(jié)構(gòu)的金屬組織）的粗大晶粒組織的 化-Al-Mn系銅合金中，其大半?yún)^(qū)域由特定尺寸W上的大的晶粒構(gòu)成，通過將上述特定尺寸 W上的大的晶粒的面積率和上述特定尺寸W上的大的晶粒的平均粒徑分別控制在適當(dāng)?shù)?范圍內(nèi)，能夠穩(wěn)定地得到良好的超彈性特性。另外，還發(fā)現(xiàn)，運(yùn)樣的粒徑分布和平均粒徑的 控制可通過在基于特定的緩慢的降溫速度和升溫速度的記憶熱處理?xiàng)l件下進(jìn)行記憶熱處 理而實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明基于上述技術(shù)思想而完成。
[0016] 上述課題通過W下手段得W解決。
[0017] (1) 一種棒材，其由化-Al-Mn系合金構(gòu)成，具有超彈性特性，并具有實(shí)質(zhì)上由0單 相構(gòu)成的再結(jié)晶組織而成，其中，
[0018] 在棒材的長度方向截面中，各個(gè)晶粒的粒徑為棒的半徑W上的區(qū)域是棒的任意位 置的長度方向截面的90%W上，上述粒徑為棒的半徑W上的晶粒的平均結(jié)晶粒徑是棒的直 徑的80%W上。
[0019] (2)如（1)項(xiàng)所述的棒材，其中，上述平均結(jié)晶粒徑為棒的直徑W上。
[0020] 做如（1)或似項(xiàng)所述的棒材，其中，上述化-Al-Mn合金的組成為：含有3~10 質(zhì)量％的41、5~20質(zhì)量％的Mn,根據(jù)需要含有1質(zhì)量％W下的Ni,進(jìn)一步根據(jù)需要含有 合計(jì)為 0.OOl~10 質(zhì)量％的選自由Co、化、Ti、V、Cr、Si、佩、Mo、W、Sn、Mg、P、Be、訊、Cd、 As、Zr、化和Ag組成的組中的I種或2種W上，余部由化和不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成。 陽02U (4) -種棒材的制造方法，該棒材的化-Al-Mn合金的組成為：含有3~10質(zhì)量％ 的Al、5~20質(zhì)量％的Mn,根據(jù)需要含有1質(zhì)量％W下的Ni,進(jìn)一步根據(jù)需要含有合計(jì)為 0.OOl~10 質(zhì)量％的選自由Co、化、Ti、V、Cr、Si、佩、Mo、W、Sn、Mg、P、Be、訊、Cd、As、Zr、 化和Ag組成的組中的I種或2種W上，余部由化和不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成，
[0022] 在該制造方法中，依次進(jìn)行下述[工序1]~[工序3]:
[0023] 將提供上述組成的合金原材料烙解、鑄造的[工序1]、
[0024] 進(jìn)行熱加工的[工序2]、W及 陽0巧]進(jìn)行記憶熱處理的[工序3];
[00%] 在此，[工序3]的記憶熱處理中，進(jìn)行從室溫加熱至變?yōu)閑相的溫度區(qū)域的[工 序3-1]并在該加熱溫度保持1~120分鐘的熱處理；接著進(jìn)行下述熱處理：將冷卻[工序 3-2]和加熱[工序3-3]分別重復(fù)進(jìn)行各1次W上，該冷卻[工序3-2]和加熱[工序3-3] 的低溫時(shí)達(dá)到形成a+0相的溫度，高溫時(shí)達(dá)到變?yōu)?相的溫度，并使該冷卻[工序3-2] 和加熱[工序3-3]時(shí)的冷卻速度和升溫速度分別為0. 1~100°C/分鐘；進(jìn)一步在最終加 熱后進(jìn)行從變?yōu)?相的溫度開始驟冷[工序3-4]的熱處理。
[0027] 妨如（4)項(xiàng)所述的棒材的制造方法，其中，在[工序引的熱加工后，將在400~ 600°C進(jìn)行1~120分鐘的中間退火[工序2-1]和加工率為30%W上的冷加工[工序2-2] 依次進(jìn)行至少各1次W上，然后進(jìn)行[工序3]的記憶熱處理。
[00測(cè) （6) -種減震部件，其使用了（1)~做項(xiàng)任一項(xiàng)所述的棒材。
[0029] (7)-種板材，其由化-Al-Mn系合金構(gòu)成，具有超彈性特性，并具有實(shí)質(zhì)上由0單 相構(gòu)成的再結(jié)晶組織而成，其中，
[0030] 在板材的長度方向且板厚方向的截面中，各個(gè)晶粒的粒徑為板厚一半W上的區(qū)域 是板材的任意位置的長度方向且板厚方向的截面的90%W上，上述粒徑為板厚一半W上的 晶粒的平均結(jié)晶粒徑是板厚的80%W上。
[0031] (8)如（7)項(xiàng)所述的板材，其中，上述平均結(jié)晶粒徑為板厚W上。 陽03引 （9)如（7)或做項(xiàng)所述的板材，其中，上述化-Al-Mn合金的組成為：含有3~10 質(zhì)量％的41、5~20質(zhì)量％的Mn,根據(jù)需要含有1質(zhì)量％W下的Ni,進(jìn)一步根據(jù)需要含有 合計(jì)為 0.OOl~10 質(zhì)量％的選自由Co、化、Ti、V、Cr、Si、佩、Mo、W、Sn、Mg、P、Be、訊、Cd、 As、Zr、化和Ag組成的組中的I種或2種W上，余部由化和不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成。 陽03引 （10)-種板材的制造方法，該板材的化-Al-Mn合金的組成為：含有3~10質(zhì)量％ 的Al、5~20質(zhì)量％的Mn,根據(jù)需要含有1質(zhì)量％W下的Ni,進(jìn)一步根據(jù)需要含有合計(jì)為0.OOl~10質(zhì)量％的選自由Co、化、Ti、V、化、Si、佩、Mo、W、Sn、Mg、P、Be、訊、Cd、As、Zr、 化和Ag組成的組中的I種或2種W上，余部由化和不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成，
[0034] 在該制造方法中，依次進(jìn)行[下述工序1]~[工序3]:
[0035]將提供上述組成的合金原材料烙解、鑄造的[工序1]、
[0036]進(jìn)行熱加工的[工序2]、W及
[0037] 進(jìn)行記憶熱處理的[工序3];
[0038] 在此，[工序3]的記憶熱處理中，進(jìn)行從室溫加熱至變?yōu)?相的溫度區(qū)域的[工 序3-1]并在該加熱溫度保持1~120分鐘的熱處理；接著進(jìn)行下述熱處理：將冷卻[工序 3-2]和加熱[工序3-3]分別重復(fù)進(jìn)行各1次W上，該冷卻[工序3-2]和加熱[工序3-3] 的低溫時(shí)達(dá)到形成a+0相的溫度，高溫時(shí)達(dá)到變?yōu)?相的溫度，并使該冷卻[工序3-2] 和加熱[工序3-3]時(shí)的冷卻速度和升溫速度分別為0. 1~100°C/分鐘；進(jìn)一步在最終加 熱后進(jìn)行從變?yōu)?相的溫度開始驟冷[工序3-4]的熱處理。
[0039] (11)如（10)項(xiàng)所述的板材的制造方法，其中，在[工序引的熱加工后，將在400~ 600°C進(jìn)行1~120分鐘的中間退火[工序2-1]和加工率為30%W上的冷加工[工序2-2] 依次進(jìn)行至少各1次W上，然后進(jìn)行[工序3]的記憶熱處理。 W40](。）一種減震部件，其使用了（7)~（9)項(xiàng)任一項(xiàng)所述的板材。
[OOW (蝴一種減震結(jié)構(gòu)體，其使用了（6)或所述的減震部件。 陽O創(chuàng)本發(fā)明的化-Al-Mn系棒材和板材優(yōu)選的是，作為超彈性特性，6%應(yīng)變載荷后的 殘余應(yīng)變?yōu)?. 0%W下，斷裂伸長率為6%W上。
[0043] 此處，具有超彈性特性或超彈性特性優(yōu)異是指，在提供特定的載荷應(yīng)變或載荷應(yīng) 力后，將除去荷重后殘余的應(yīng)變稱為殘余應(yīng)變，但該殘余應(yīng)變?。辉摎堄鄳?yīng)變?cè)叫≡胶?，?本發(fā)明中，具有超彈性特性或超彈性特性優(yōu)異是指6%變形后的殘余應(yīng)變?yōu)?.0%W下、優(yōu) 選為0. 5%W下、進(jìn)一步優(yōu)選為0. 2%W下。
[0044] 另外，具有實(shí)質(zhì)上由0單相構(gòu)成的再結(jié)晶組織是指，0相在再結(jié)晶組織中所占的 比例通常為90%W上、優(yōu)選為95%W上。 W45] 發(fā)明效果
[0046] 本發(fā)明的化-Al-Mn系超彈性棒材和板材能夠用于要求超彈性特性的各種用途， 例如，除了移動(dòng)電話的天線或眼鏡框架W外，還被期待用于作為醫(yī)療產(chǎn)品的牙齒正崎絲、導(dǎo) 絲、支架、嵌甲矯正工具或足拇外翻輔助裝置。此外，本發(fā)明的化-Al-Mn系超彈性棒材和板 材由于其優(yōu)異的超彈性特性而適合作為母線等減震部件。另外，能夠使用該減震部件來構(gòu) 筑減震結(jié)構(gòu)體。