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Development of toughness and creep strength of B added transition metal disilicides with lamellar structure

Research Project

Project/Area Number 16K18261
Research Category

Grant-in-Aid for Young Scientists (B)

Allocation TypeMulti-year Fund
Research Field Structural/Functional materials
Research InstitutionNiihama National College of Technology (2017-2018)
Osaka University (2016)

Principal Investigator

Todai Mitsuahru  新居浜工業高等専門学校, 環境材料工学科, 准教授 (10610800)

Research Collaborator Nakano Takayoshi  
Project Period (FY) 2016-04-01 – 2019-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2018)
Budget Amount *help
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2018: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2017: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2016: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
Keywords遷移金属シリサイド / クリープ特性 / 超高温構造材料 / 単結晶育成 / 結晶方位 / 環境 / クリープ試験 / 超高温耐熱材料 / クリープ強度 / 結晶方位制御 / 組織制御 / 構造・機能材料 / 結晶工学 / 結晶成長 / 格子欠陥 / 省エネルギー
Outline of Final Research Achievements

The present study clarified the influence of B addition on the C40 / C11b lamellar structure in transition-metal disilicides and the contribution to mechanical properties such as room temperature toughness and high temperature creep property. From this study, the following findings were obtained. 1) B-addition led to an increasing in the volume fraction of the C11b phase having secondary-variant orientation relationship, accompanied by the reduction in their growth rate. 2) It was found that this varied microstructure drastically improved the fracture toughness of the duplex crystal, exhibiting the highest value of ~4.5 MPa m1/2 in the three-point bending test. 3) B added transition-metal disilicides exhibit an anisotropy of creep strength.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

航空機等の輸送機関の高速化および発電用タービンの燃焼効率の改善には、ガス燃焼温度の増大は不可欠であるが、現在のNi基超合金製タービン翼の使用限界温度は1000°C付近であり、その開発が限界にある近づきつつある。高融点シリサイドの室温靭性と高温クリープ特性の向上は、実用化に至っていない遷移金属シリサイド結晶の将来的な実用化に向けたキーテクノロジーとして大きく寄与すると考えられ、その潜在的価値は非常に大きい。

Report

(4 results)
  • 2018 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2017 Research-status Report
  • 2016 Research-status Report
  • Research Products

    (82 results)

All 2019 2018 2017 2016 Other

All Journal Article (15 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Peer Reviewed: 14 results,  Open Access: 9 results,  Acknowledgement Compliant: 2 results) Presentation (63 results) (of which Int'l Joint Research: 13 results,  Invited: 6 results) Remarks (3 results) Patent(Industrial Property Rights) (1 results)

  • [Journal Article] Additive manufacturing of dense components in beta-titanium alloys with crystallographic texture from a mixture of pure metallic element powders2019

    • Author(s)
      Takeshi Nagase, Takao Hori, Mitsuharu Todai, Shi-Hai Sun, Takayoshi Nakano
    • Journal Title

      Materials & Design

      Volume: in press Pages: 107771-107771

    • DOI

      10.1016/j.matdes.2019.107771

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    • Journal Title

      Journal of Alloys and Compounds

      Volume: 782 Pages: 667-671

    • DOI

      10.1016/j.jallcom.2018.12.236

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    • Author(s)
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    • Journal Title

      Journal of Japan Institute of Light Metals

      Volume: 68 Issue: 11 Pages: 615-620

    • DOI

      10.2464/jilm.68.615

    • NAID

      130007543306

    • ISSN
      0451-5994, 1880-8018
    • Year and Date
      2018-11-30
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      Pan Wang, Mitsuharu Todai, Takayoshi Nakano
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      Journal of Alloys and Compounds

      Volume: 766 Pages: 511-516

    • DOI

      10.1016/j.jallcom.2018.06.266

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      Volume: 95 Pages: 1-10

    • DOI

      10.1016/j.intermet.2018.01.009

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      Volume: 56 Issue: 10 Pages: 584-588

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      10.2320/materia.56.584

    • NAID

      130006109917

    • ISSN
      1340-2625, 1884-5843
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      Volume: 129 Pages: 65-68

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      10.1016/j.scriptamat.2016.10.028

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    • Author(s)
      元木寛之, 當代光陽, 永瀬丈嗣, 中野貴由
    • Organizer
      第23回溶接学会四国支部講演大会
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  • [Presentation] Ti系合金の相変態を利用した合金設計2017

    • Author(s)
      當代光陽
    • Organizer
      日本金属学会・日本鉄鋼協会 中国四国支部 第39回若手フォーラム
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    • Invited
  • [Presentation] 生体用Ti系ハイエントロピー合金の開発2017

    • Author(s)
      當代光陽,堀 敬雄, 永瀬丈嗣, 松垣あいら, 中野貴由
    • Organizer
      軽金属学会2017年秋期大会
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  • [Presentation] 伝熱解析と溶融池の観察による電子ビーム三次元積層造形法により作製したTiAl合金部材の微細組織形成過程の解明2017

    • Author(s)
      池田亜矢子, 趙研, 安田弘行, 中野貴由, 當代光陽, 近藤大介, 長町悠斗, 上田実, 竹山雅夫
    • Organizer
      軽金属学会2017年秋期大会
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  • [Presentation] 電子ビーム三次元積層造形法を用いて作製したバンド状組織を有するTiAl合金の疲労挙動2017

    • Author(s)
      趙研, 小林良太, 安田弘行, 當代光陽, 中野貴由, 池田亜矢子, 上田実, 竹山雅夫
    • Organizer
      軽金属学会2017年秋期大会
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  • [Presentation] レーザ積層造形法による混合粉からのTi合金造形体の開発2017

    • Author(s)
      當代光陽,堀敬雄, 永瀬丈嗣, 萩原幸司, 中野貴由
    • Organizer
      第5回チタン若手交流会
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  • [Presentation] 電子ビーム三次元積層造形法を用いて作製したTiAl合金の組織制御と力学特性改善2017

    • Author(s)
      坂田将啓, 趙研, 安田弘行, 中野貴由, 當代光陽, 池田亜矢子, 近藤大介, 長町悠斗, 上田実, 竹山雅夫
    • Organizer
      日本金属学会 2017秋期講演大会
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  • [Presentation] 電子ビーム三次元積層造形法を用いて作製したTiAl合金の組織制御と力学特性改善2017

    • Author(s)
      趙研, 小林良太, 坂田将啓, Liu Tianqi, 安田弘行, 中野貴由, 當代光陽, 池田亜矢子, 近藤大介, 長町悠斗, 上田実, 竹山雅夫
    • Organizer
      日本金属学会 2017秋期講演大会
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  • [Presentation] 電子ビーム三次元積層造形法で作製したTiAl合金におけるバンド状γ等軸粒が室温延性に及ぼす影響2017

    • Author(s)
      森田尚秀, 趙研, 安田弘行, 中野貴由, 當代光陽, 池田亜矢子, 近藤大介, 長町悠斗, 上田実, 竹山雅夫
    • Organizer
      日本金属学会 2017秋期講演大会
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  • [Presentation] bcc型ハイエントロピー合金の力学特性最適化に向けた組成選択2017

    • Author(s)
      堀敬雄, 當代光陽, 永瀬丈嗣, 松垣あいら, 藤谷渉, 中野貴由
    • Organizer
      日本金属学会 2017秋期講演大会
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  • [Presentation] パラメータ法を用いた新しいbcc型ハイエントロピー合金の設計2017

    • Author(s)
      當代光陽, 堀敬雄, 永瀬丈嗣, 松垣あいら, 中野貴由
    • Organizer
      日本金属学会 2017秋期講演大会
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  • [Presentation] レーザ積層造形法によるβTi合金化と結晶方位制御2017

    • Author(s)
      當代光陽, 堀敬雄, 永瀬丈嗣, 萩原幸司, 中野貴由
    • Organizer
      軽金属学会中国四国支部第9回講演大会
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  • [Presentation] 複相化遷移金属シリサイドの組織制御と高靭性化2017

    • Author(s)
      當代光陽, 萩原幸司, 中野貴由
    • Organizer
      日本材料科学会四国支部第26回講演大会
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  • [Presentation] TiNbTaZrMo生体用ハイエントロピー合金の開発2017

    • Author(s)
      永瀬丈嗣, 當代光陽, 堀敬雄, 松垣あいら, 関田愛子, 中野貴由
    • Organizer
      日本鋳造工学会第169回全国講演大会
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  • [Presentation] 積層造形法による成分元素混合粉からのチタン合金作製と形状付与の同時達成2017

    • Author(s)
      當代光陽, 永瀬丈嗣, 堀敬雄, 中野貴由
    • Organizer
      軽金属学会2017年春期大会
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  • [Presentation] Microstructures and Fatigue Properties of TiAl Alloys Fabricated by Electron Beam Melting2016

    • Author(s)
      K. Cho, R. Kobayashi, H.Y. Yasuda, M. Todai, T. Nakano, A. Ikeda, D. Kondo, Y. Nagamachi, M. Ueda, M. Takeyama
    • Organizer
      Materials Research Society (MRS) 2016 Fall meeting
    • Place of Presentation
      Boston, USA
    • Year and Date
      2016-11-28
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    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 電子ビーム積層造形時における各種造形パラメータがTi-48Al-2Cr-2Nb合金の微細組織に与える影響2016

    • Author(s)
      當代光陽, Liu Tianqi, 安田弘行, 趙研, 中野貴由, 池田亜矢子, 近藤大介, 長町悠斗, 上田実, 竹山雅夫
    • Organizer
      軽金属学会第131回秋期大会
    • Place of Presentation
      茨城大学(茨城県・水戸市)
    • Year and Date
      2016-11-05
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  • [Presentation] レーザ積層造形法による混合粉末からのTi合金造形体作製2016

    • Author(s)
      堀敬雄, 當代光陽, 孫世海, 中野貴由
    • Organizer
      日本金属学会 2016年秋期大会
    • Place of Presentation
      大阪大学(大阪府・豊中市)
    • Year and Date
      2016-09-22
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  • [Presentation] 無拡散構造相変態に付随した物性異常とこれを利用した単結晶ボーンプレートの開発2016

    • Author(s)
      當代光陽
    • Organizer
      日本金属学会 2016年秋期大会
    • Place of Presentation
      大阪大学(大阪府・豊中市)
    • Year and Date
      2016-09-21
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    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Ti-48Al-2Cr-2Nb(at.%)合金造形体に形成される特異層状組織の形成メカニズムとその力学的異方性2016

    • Author(s)
      Liu Tianqi, 當代光陽, 安田弘行, 趙研, 中野貴由, 池田亜矢子, 近藤大介, 長町悠斗, 上田実, 竹山雅夫
    • Organizer
      日本金属学会2016年秋期大会
    • Place of Presentation
      大阪大学(大阪府・豊中市)
    • Year and Date
      2016-09-21
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  • [Presentation] Microstructure and mechanical properties of TiAl alloys additively manufactured by electron beam melting2016

    • Author(s)
      H.Y. Yasuda, T. Liu, M. Todai, K. Cho, K. Hagihara, T. Nakano, A. Ikeda, D. Kondo, Y. Nagamachi, M. Ueda
    • Organizer
      5th International Workshop on Titanium Aluminides 2016
    • Place of Presentation
      東京工業大学(東京都・目黒区)
    • Year and Date
      2016-09-01
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    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Fatigue Properties of TiAl Alloys Prepared by Electron Beam Melting2016

    • Author(s)
      K. Cho, R. Kobayashi, H.Y. Yasuda, M. Todai, T. Nakano, A. Ikeda, D. Kondo, Y. Nagamachi, M. Ueda
    • Organizer
      5th International Workshop on Titanium Aluminides 2016
    • Place of Presentation
      東京工業大学(東京都・目黒区)
    • Year and Date
      2016-08-29
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    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Effect of boron addition for microstructure and toughness in NbSi2/MoSi2 duplex crystals2016

    • Author(s)
      M. Todai, K. Hagihara, K. Kishida, H. Inui, T. Nakano
    • Organizer
      9th Pacific Rim International Conference on Advanced Materials and Processing (PRICM9)
    • Place of Presentation
      京都国際会議場(京都府・京都市)
    • Year and Date
      2016-08-06
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    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 生体用低ヤング率単結晶ボーンプレートの開発2016

    • Author(s)
      當代光陽, 中野貴由
    • Organizer
      第11回関西バイオマテリアル学会
    • Place of Presentation
      神戸大学(兵庫県・神戸市)
    • Year and Date
      2016-08-06
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  • [Presentation] レーザ積層造形法による混合粉末からの生体用β型Ti合金の作製2016

    • Author(s)
      堀敬雄, 當代光陽, 孫世海, 中野貴由
    • Organizer
      第11回関西バイオマテリアル学会
    • Place of Presentation
      神戸大学(兵庫県・神戸市)
    • Year and Date
      2016-08-06
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  • [Presentation] Development of Zr based biomedical alloys with low Young’s modulus2016

    • Author(s)
      M. Todai, K. Fukunaga, T. Nakano
    • Organizer
      9th Pacific Rim International Conference on Advanced Materials and Processing (PRICM9)
    • Place of Presentation
      京都国際会議場(京都府・京都市)
    • Year and Date
      2016-08-05
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    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 拡散および無拡散構造相変態を利用した戦略的組織制御による力学特性の向上2016

    • Author(s)
      當代光陽
    • Organizer
      構造材料ゼミ
    • Place of Presentation
      物質材料機構(茨城県・つくば市)
    • Year and Date
      2016-06-21
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    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Athermal ω phase transformation and mechanical properties in binary Zr-Nb biomedical alloy2016

    • Author(s)
      M. Todai, K. Fukunaga, T. Nakano
    • Organizer
      International Conference on Processing and Manufacturing of Advanced Materials (Thermec’2016)
    • Place of Presentation
      グラーツ・オーストリア
    • Year and Date
      2016-05-31
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    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] レーザー積層造形法と純金属混合粉を用いたTi合金の開発2016

    • Author(s)
      當代光陽, 掘敬雄, 孫世海, 中野貴由
    • Organizer
      粉体粉末冶金協会 平成28年度春季大会
    • Place of Presentation
      京都工芸繊維大学(京都府・京都市)
    • Year and Date
      2016-05-24
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  • [Presentation] Development of new single crystalline bone plate using an ISO certified biomedical Ti-15Mo-5Zr-3Al alloy2016

    • Author(s)
      M. Todai, K. Hagihara, M. Tane, T. Ishimoto, T. Nakano
    • Organizer
      10th World Biomaterials Congress (WBC2016)
    • Place of Presentation
      モントリオール・カナダ
    • Year and Date
      2016-05-21
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  • [Remarks] 本校教員が第35回軽金属奨励賞を受賞しました。

    • URL

      http://www.niihama-nct.ac.jp/2017/11/14/entry-topics-7767/

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  • [Remarks] 本校教員が研究・開発奨励賞を受賞しました。

    • URL

      http://www.niihama-nct.ac.jp/2017/08/08/entry-topics-7202/

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  • [Remarks] 阪大 中野研究室HP

    • URL

      http://www.mat.eng.osaka-u.ac.jp/msp6/nakano/

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  • [Patent(Industrial Property Rights)] 他成分系からなる合金2016

    • Inventor(s)
      當代光陽, 永瀬丈嗣, 松垣あいら, 中野貴由
    • Industrial Property Rights Holder
      當代光陽, 永瀬丈嗣, 松垣あいら, 中野貴由
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Filing Date
      2016-10-28
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URL: 

Published: 2016-04-21   Modified: 2020-03-30  

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