Challenges for the microstructure control in high-speed extruded magnesium alloys using coherent precipitates
| Project/Area Number |
21H01669
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 26050:Material processing and microstructure control-related
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| Research Institution | Nagaoka University of Technology |
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Principal Investigator |
中田 大貴 長岡技術科学大学, 産学融合トップランナー養成センター, 特任講師 (80800573)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥18,200,000 (Direct Cost: ¥14,000,000、Indirect Cost: ¥4,200,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000)
Fiscal Year 2021: ¥13,910,000 (Direct Cost: ¥10,700,000、Indirect Cost: ¥3,210,000)
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| Keywords | マグネシウム合金 / 析出物 / 押出加工 / 強度異方性 / 機械的性質 / 結晶組織 / 押出し加工 / 整合析出物 / 電子線後方散乱回折 / 結晶塑性シミュレーション / 熱力学計算 / 電子線後方散乱回折法 / 引張特性 / 電子顕微鏡 / 結晶塑性解析 / 結晶方位解析 / 非底面すべり |
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| Outline of Research at the Start |
マグネシウムは構造金属材料中で最軽量であることから、輸送機器の軽量化に貢献する次世代の軽量材料と言える。ただし、強度や延性は低く、押出し材には特有の強度異方性も存在することから、既存アルミニウム合金の代替材料として使うことは困難と考えられていた。本研究では、マグネシウム合金押出し材の新しい組織制御手法として整合析出物に注目し、熱力学計算や結晶塑性シミュレーションも援用しながらマグネシウム合金のプロセス－微細組織－特性の関係を明らかにする。また、その成果を基に、安価で広範な用途に利用可能な新しいマグネシウム合金開発も行う。
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| Outline of Annual Research Achievements |
昨年度に提案した低異方性を示すMg-Ca-Mn合金押出材の機械的性質や微細組織に及ぼす合金元素添加量および均質化処理条件の影響を調べた。カルシウム添加量を増やし、マンガン添加量を低減することで、高強度化に有効であることがわかった。また、均質化処理後に徐冷を行い、あらかじめ析出物を形成させておくと、押出加工時の動的再結晶が促進され、均一な再結晶組織が得られることがわかった。また、動的再結晶により、(0001)面//押出方向となる集合組織形成も促進され、引張耐力の向上に有効である一方で、圧縮耐力との差異が増大し、異方性も増大することがわかった。
また、アルミニウム濃度の高い合金として、Mg-3Al-0.4MnおよびMg-3Al-0.8Ca-0.4Mn合金を設計し、押出材の機械的性質や微細組織に及ぼす均質化処理の影響を調べた。ユニークな現象として、押出加工前に一般的に実施される均質化処理を省くことで、押出材の結晶粒径を微細化でき、機械的性質が改善することを見出した。本手法（均質化処理レス押出加工）により作製した上記合金の機械的性質や微細組織に及ぼす押出速度の影響を調べた。Mg-3Al-0.4Mn合金では、押出速度が大きくなると、顕著な結晶粒の粗大化が生じ、機械的性質が低下した。特に圧縮耐力の低下が大きく、異方性が増大した。
一方で、カルシウムを含むMg-3Al-0.8Ca-0.4Mn合金では、押出速度を大きくしても結晶粒は粗大化せず、機械的性質の劣化も無かった。これは、熱的に安定なAl2Ca相が、粒界ピン止めに有効に働いたからと考えられる。
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| Research Progress Status |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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Report
(3 results)
Research Products
(65 results)
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[Journal Article] Identifying the effect of coherent precipitates on the deformation mechanisms by in situ neutron diffraction in an extruded magnesium alloy under low-cycle fatigue conditions2023
Author(s)
D. Xie, Z.H. Li, T.T. Sasaki, Y.F. Gao, Z.Y. Lyu, R. Feng, Y. Chen, K. An, H.B. Chew, T. Nakata, S. Kamado, K. Hono, P.K. Liaw
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Journal Title
Acta Materialia
Volume: 254
Pages: 118903-118903
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Effect of grain boundary segregation on microstructure and mechanical properties of ultra-fine grained Mg-Al-Ca-Mn alloy wires2022
Author(s)
J. Zuo, T. Nakata, C. Xu, Y.P. Xia, H.L. Shi, X.J. Wang, G.Z. Tang, W.M. Gan, E. Maawad, G.H. Fan, S. Kamado, L. Geng
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Journal Title
Materials Science and Engineering: A
Volume: 848
Pages: 143423-143423
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Effect of Al Addition on Grain Refinement and Phase Transformation of the Mg-Gd-Y-Zn-Mn Alloy Containing LPSO Phase2022
Author(s)
Jin Zuo, Mingquan Zhang, Taiki Nakata, Guisong Wang, Danyang Li, Hailong Shi, Chao. Xu, Xiaojun Wan, Wenjun Li, Guohua Fan, Lin Geng, Shigeharu Kamado
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Journal Title
Materials
Volume: 15
Issue: 5
Pages: 1632-1632
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Effects of La Addition on the Microstructure, Thermal Conductivity and Mechanical Properties of Mg-3Al-0.3Mn Alloys2022
Author(s)
Huafeng Liu, Jing Zuo, Taiki Nakata, Chao Xu, Guisong Wang, Hailong Shi, Guangze Tang, Xiaojun Wang, Shigeharu Kamado, Lin Geng
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Journal Title
Materials
Volume: 15
Issue: 3
Pages: 1078-1078
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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