顯示出穩(wěn)定的超彈性的Cu-Al-Mn系合金材料及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及超彈性特性?xún)?yōu)異的Cu-Al-Mn系合金材料及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 銅合金等形狀記憶合金和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。作為形狀記憶合金和超彈性合金的代表性材料，有TiNi合金和Cu 系的合金。從循環(huán)特性、耐腐蝕性等方面出發(fā)，銅系的形狀記憶合金和超彈性合金（下文中 稱(chēng)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)行各種研宄，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)行了各種研宄。例如，在下述專(zhuān)利文獻(xiàn)1?4中報(bào)道了 例如冷加工性?xún)?yōu)異的β單相結(jié)構(gòu)的Cu-Al-Mn系形狀記憶合金等，其形成了使β單相的 〈101>、〈100>等特定的晶體取向統(tǒng)一于軋制或拉絲等冷加工方向的再結(jié)晶織構(gòu)。
[0004] 現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0005] 專(zhuān)利文獻(xiàn)
[0006] 專(zhuān)利文獻(xiàn)1 :日本特開(kāi)平7-62472號(hào)公報(bào)
[0007] 專(zhuān)利文獻(xiàn)2 :日本特開(kāi)2000-169920號(hào)公報(bào)
[0008] 專(zhuān)利文獻(xiàn)3 :日本特開(kāi)2001-20026號(hào)公報(bào)
[0009] 專(zhuān)利文獻(xiàn)4 :日本特開(kāi)2005-298952號(hào)公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 發(fā)明要解決的課題
[0011] 利用專(zhuān)利文獻(xiàn)1的方法所制造的Cu-Al-Mn系合金的特性、尤其是超彈性特性不充 分，顯不出90%以上的形狀恢復(fù)的最大應(yīng)變?yōu)?%?3%左右?？烧J(rèn)為其理由是：由于結(jié)晶 取向是隨機(jī)的等等，在變形時(shí)晶粒間產(chǎn)生強(qiáng)烈的約束力，因而引入了位錯(cuò)等不可逆缺陷。
[0012] 另外，專(zhuān)利文獻(xiàn)2的銅系合金是具有形狀記憶特性和超彈性特性、并且實(shí)質(zhì)上 由β單相構(gòu)成的銅系合金，結(jié)晶組織成為了上述β單相的晶體取向?yàn)棣聠蜗嗟摹?〇1>、 〈100>等使特定的晶體取向統(tǒng)一在軋制或拉絲等冷加工方向的再結(jié)晶組織。上述銅系合金 中，以通過(guò)電子背散射圖案法（Electron Back-Scatter Difraction Patterning、下文中 有時(shí)簡(jiǎn)稱(chēng)為"EBSP"）（或者也稱(chēng)為電子背散射衍射（Electron BackScatter Diffraction、 下文中簡(jiǎn)稱(chēng)為EBSD))所測(cè)定的上述加工方向的上述β單相的特定晶體取向的存在頻 率達(dá)到2.0以上這樣的最終退火后的總加工率來(lái)進(jìn)行上述冷加工。即使是這種材料，在 Cu-Al-Mn系合金中轉(zhuǎn)變應(yīng)變量的取向依賴(lài)性也大，因此為了穩(wěn)定地以良好的精度均質(zhì)地得 到良好的超彈性特性，還不充分。
[0013] 在專(zhuān)利文獻(xiàn)3中記載的銅系合金中，所要表現(xiàn)出的形狀記憶特性和超彈性特性缺 乏穩(wěn)定性，這些特性不穩(wěn)定，從該方面出發(fā)，是仍存在改善余地的水平。另外，為了使形狀記 憶特性和超彈性特性穩(wěn)定，認(rèn)為織構(gòu)控制是不可缺少的，但在專(zhuān)利文獻(xiàn)3中記載的方法中， Cu-Al-Mn系合金中的組織的集聚度低、形狀記憶特性和超彈性特性尚不足夠穩(wěn)定。
[0014] 另外，在專(zhuān)利文獻(xiàn)4中記載的合金中必須含有Ni，允許含有至多10質(zhì)量％的附。 通過(guò)含有Ni，晶體取向的集聚變得容易，但淬火性降低。此處，淬火性（或淬火敏感性）是 指淬火時(shí)的冷卻速度與即將淬火前的組織的在淬火過(guò)程中的穩(wěn)定性的關(guān)系，具體來(lái)說(shuō)，若 淬火后的冷卻速度慢則α相析出、超彈性特性差，將該情況稱(chēng)為淬火性敏感。在含Ni的銅 合金中，由于α相在更高的溫度下開(kāi)始析出，因此可知：即使因線(xiàn)徑變粗等而使冷卻時(shí)間 多少變長(zhǎng)，淬火性也差，無(wú)法得到良好的超彈性特性。
[0015] 這樣，在現(xiàn)有得到的形狀記憶銅合金中，認(rèn)為理論上希望為單晶的物質(zhì)，但是對(duì)于 多晶材料中的晶體取向的集聚對(duì)超彈性特性的影響的研宄尚不充分，超彈性特性的穩(wěn)定 性、再現(xiàn)性欠缺。
[0016] 本發(fā)明的課題在于提供一種Cu-Al-Mn系合金材料及其制造方法，其中，通過(guò)控制 材料的結(jié)晶織構(gòu)而穩(wěn)定地帶來(lái)良好的超彈性特性。
[0017] 用于解決課題的方案
[0018] 本發(fā)明人為了解決上述現(xiàn)有問(wèn)題而進(jìn)行了深入研宄，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：通過(guò)控制 Cu-Al-Mn系合金材料的晶體取向而形成在特定晶體取向上集聚的織構(gòu)，可得到能夠更穩(wěn)定 地帶來(lái)良好的超彈性特性的Cu-Al-Mn系合金材料。另外發(fā)現(xiàn)：這種織構(gòu)的控制可以通過(guò)經(jīng) 過(guò)特定的中間退火和冷加工、進(jìn)而進(jìn)行熱處理而實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明是基于這些技術(shù)思想而完成 的。
[0019] 上述課題通過(guò)以下的手段解決。
[0020] (1) 一種Cu-Al-Mn系合金材料，其特征在于，其為具有超彈性特性、并具有實(shí)質(zhì)上 由β單相構(gòu)成的再結(jié)晶組織的Cu-Al-Mn系合金材料，通過(guò)電子背散射圖案測(cè)定法在加工 方向測(cè)定的晶粒的70%以上處于偏離晶體取向〈001>取向的偏離角度為0°?50°的范圍 內(nèi)。
[0021] (2)如上述（1)項(xiàng)所述的Cu-Al-Mn系合金材料，其特征在于，進(jìn)而晶粒的50%以 上處于在加工方向測(cè)定的偏離晶體取向〈1〇1>取向的偏離角度為0°?20°的范圍內(nèi)。
[0022] (3)如上述⑴或⑵項(xiàng)所述的Cu-Al-Mn系合金材料，其特征在于，作為上述 Cu-Al-Mn合金材料的組成，具有下述組成：含有3質(zhì)量％?10質(zhì)量％的八1、5質(zhì)量％?20 質(zhì)量％的此以及1質(zhì)量％以下的Ni，余部由Cu和不可避的雜質(zhì)構(gòu)成。
[0023] (4)如上述（1)?（3)中任一項(xiàng)所述的Cu-Al-Mn系合金材料，其特征在于，作為上 述Cu-Al-Mn合金材料的組成，具有下述組成：含有3質(zhì)量％?10質(zhì)量％的Al、5質(zhì)量％? 20質(zhì)量％的]?11、合計(jì)為0.001質(zhì)量％?10質(zhì)量％的選自由Co、Fe、Ti、V、Cr、Si、Nb、Mo、W、 Sn、Mg、P、Be、Sb、Cd、As、Zr、Zn、B、C、Ag和混合稀土金屬組成的組中的1種或2種以上、以 及1質(zhì)量％以下的Ni，余部由Cu和不可避的雜質(zhì)構(gòu)成。
[0024] (5) -種通過(guò)下述[工序1]?[工序5]制造 Cu-Al-Mn系合金材料的制造方法， 上述Cu-Al-Mn系合金材料具有下述組成：含有3質(zhì)量％?10質(zhì)量％的Al、5質(zhì)量％?20 質(zhì)量％的此以及1質(zhì)量％以下的Ni，余部由Cu和不可避的雜質(zhì)構(gòu)成。
[0025] [工序1]中將提供上述組成的合金原材料熔解、鑄造，在進(jìn)行了 [工序2]的熱加 工后，將[工序3]的在400°C?600°C、1分鐘?120分鐘的中間退火和[工序4]的加工率 為30%以上的冷加工依次進(jìn)行至少各1次以上，其后，進(jìn)行下述熱處理[工序5]。
[0026] [工序5]的上述熱處理是從室溫以0. 2°C /分鐘?20°C /分鐘的升溫速度加熱至 形成β單相的溫度區(qū)域并保持于該加熱溫度而成的熱處理、和其后的驟冷的各工序。
[0027] (6) -種通過(guò)下述[工序1]?[工序5]制造 Cu-Mn-Al系合金材料的制造方法， 上述Cu-Mn-Al系合金材料具有下述組成：含有3質(zhì)量％?10質(zhì)量％的Al、5質(zhì)量％?20質(zhì) 量％的血、合計(jì)為0.001質(zhì)量％?10質(zhì)量％的選自由（：〇、？6、11、￥、0、5丨、吣、]\1〇、1、511、 Mg、P、Be、Sb、CcU As、Zr、Zn、B、C、Ag和混合稀土金屬組成的組中的1種或2種以上、以及 1質(zhì)量％以下的Ni，余部由Cu和不可避的雜質(zhì)構(gòu)成。
[0028] [工序1]中將提供上述組成的合金原材料熔解、鑄造，在進(jìn)行了 [工序2]的熱加 工后，將[工序3]的在400°C?600°C、1分鐘?120分鐘的中間退火和[工序4]的加工率 為30%以上的冷加工依次進(jìn)行至少各1次以上，其后，進(jìn)行下述熱處理[工序5]。
[0029] [工序5]的上述熱處理是從室溫以0. 2°C /分鐘?20°C /分鐘的升溫速度加熱至 形成β單相的溫度區(qū)域并保持于該加熱溫度而成的熱處理、和其后的驟冷的各工序。
[0030] (7) -種線(xiàn)材，其由上述（3)或（4)項(xiàng)所述的Cu-Al-Mn系合金材料構(gòu)成。
[0031] (8) -種板材，其由上述（3)或（4)項(xiàng)所述的Cu-Al-Mn系合金材料構(gòu)成。
[0032] (9) 一種Cu-Al-Mn系合金材料，其是利用通過(guò)下述[工序1]?[工序5]制造具 有下述組成的Cu-Al-Mn系合金材料的制造方法所制造的，上述組成為：含有3質(zhì)量％?10 質(zhì)量％的Al、5質(zhì)量％?20質(zhì)量％的Mn以及1質(zhì)量％以下的Ni，余部由Cu和不可避的雜 質(zhì)構(gòu)成。
[0033] [工序1]中將提供上述組成的合金原材料熔解、鑄造，在進(jìn)行了 [工序2]的熱加 工后，將[工序3]的在400°C?600°C、1分鐘?120分鐘的中間退火和[工序4]的加工率 為30%以上的冷加工依次進(jìn)行至少各1次以上，其后，進(jìn)行下述熱處理[工序5]。
[0034] [工序5]的上述熱處理是從室溫以0. 2°C /分鐘?20°C /分鐘的升溫速度加熱至 形成β單相的溫度區(qū)域并保持于該加熱溫度而成的熱處理、和其后的驟冷的各工序。
[0035] (10) -種Cu-Al-Mn系合金材料，其是利用通過(guò)下述[工序1]?[工序5]制造 具有下述組成的Cu-Mn-Al系合金材料的制造方法所制造的，上述組成為：含有3質(zhì)量％? 10質(zhì)量％的八1、5質(zhì)量％?20質(zhì)量％的此、合計(jì)為0. 001質(zhì)量％?10質(zhì)量％的選自由Co、 Fe、Ti、V、Cr、Si、Nb、Mo、W、Sn、Mg、P、Be、Sb、CcU As、Zr、Zn、B、C、Ag 和混合稀土金屬組成 的組中的I種或2種以上、以及I質(zhì)量％以下的Ni，余部由Cu和不可避的雜質(zhì)構(gòu)成，
[0036] [工序1]中將提供上述組成的合金原材料熔解、鑄造，在進(jìn)行了 [工序2]的熱加 工后，將[工序3]的在400°C?600°C、1分鐘?120分鐘的中間退火和[