Digital Image Correlation Analysis for Pseudo-superplastisity of Mg alloys

Research Project

Project/Area Number	22K04771
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
Allocation Type	Multi-year Fund
Section	一般
Review Section	Basic Section 26050:Material processing and microstructure control-related
Research Institution	Tokyo Denki University
Principal Investigator	小貫祐介東京電機大学, 工学部, 准教授 (50746998)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	古賀紀光金沢大学, 機械工学系, 准教授 (30735923)
Project Period (FY)	2022-04-01 – 2025-03-31
Project Status	Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help	¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000) Fiscal Year 2024: ¥520,000 (Direct Cost: ¥400,000、Indirect Cost: ¥120,000) Fiscal Year 2023: ¥390,000 (Direct Cost: ¥300,000、Indirect Cost: ¥90,000) Fiscal Year 2022: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000)
Keywords	マグネシウム合金 / DIC解析 / その場観察 / 高温変形
Outline of Research at the Start	マグネシウム合金は、軽量で高強度を誇る次世代金属材料です。近年の難燃性マグネシウム合金の登場で可燃性の問題は解決しつつあります。一方、もう一つのマグネシウム合金の弱点として、曲げる、伸ばすといった塑性加工が難しいという点が挙げられます。しかし、難燃性マグネシウム合金を300度程度まで加熱すると、アルミニウムなどの他の合金よりも大きな変形ができることが先の研究で分かりました。本研究ではデジタル画像相関法という新しい解析技術を用いて、なぜ高温で大きな変形が可能であるのかを明らかにします。これにより将来の新規なマグネシウム合金部材作製の方法を模索します。
Outline of Annual Research Achievements	前年度までに加熱装置を除く引張変形中のその場観察装置を構成することが出来た。これを用いて今年度は室温変形中のその場観察・DIC解析を行った。エッチングを行った組織を倍率約200倍で観察することで、DIC解析を行うことが可能であることを確認した。微細粒が密に存在する領域とそうでない領域の変形挙動の差異を確認することを目的に、粒径の自動計測など、DIC以外の画像解析手法についての開発を行った。結果的に表面に見られる粒径分布とひずみ集中の相関は統計的観点からはほとんど確認できなかった。これは試料の厚みが2 mmと大きく、表面に見えている数十μmの結晶粒組織が厚さ方向の材料性質を代表しているわけではないことが原因であったと考えている。これを受けて、次年度はより薄い試験片を対象とすることにした。また、粒径解析のために開発したMATLABコードは今後の研究実施にも活用できる大きな財産となった。一方、例外的に存在する粗大粒とその周囲の観察では、変形双晶の発生とその後の著しい硬化の様子が捉えられた。また、DP鋼などの先行研究では、ひずみ集中領域は変形初期に生じた後、変形を通じて優先的に変形が進行することが報告されているが、AZX612マグネシウム合金では、変形集中部と難変形部が入れ替わる現象が観察された。これは双晶発生などの不連続な組織変化に起因する、マグネシウム合金の特有の現象のように思われ、今後の調査課題の一つである。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 機器整備の観点からは、2年目で加熱装置の導入を完了させる予定であったが、担当学生の体調不良などによりやや遅れが生じている。一方でその間に室温変形中のDIC解析やその他の画像解析に取り組んだことで、解析技術の面では習熟・進展が見られた。また本研究の派生応用研究であるマグネシウムの曲げ加工性に関する研究では、他大学でのEBSD解析の実施などにより興味深い結果が得られている。これらのソフト面での進展があったことから、3年目は当初想定の実験を完遂することができると期待できる。
Strategy for Future Research Activity	加熱装置の配線設計、取り付け治具設計は完了しており、治具の作製にはすでに取り掛かっている。試料周りの気密機構も含め、9月ごろまでには高温変形実験が可能な環境が整う予定である。また、試料の厚さを減らし、より表面組織が内部を代表し得る状況とするため、0.3 mm程度まで温間圧延により試料の厚さを調整した。加工を行ったことで、結晶粒径の分布を任意に作り分けることが可能となったと目される。このため、加熱装置の導入と並行して、その場観察に適した試料側の微細組織調整も行っていく。これらを用いた年度後半の実験によって、年度末には、学会発表、論文発表が可能な水準の結果が出そろうものと想定している。