| Project/Area Number |
22K14514
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Basic Section 26050:Material processing and microstructure control-related
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
刈屋 翔太 大阪大学, 接合科学研究所, 助教 (10912727)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
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| Keywords | 積層造形 / 溶融地 / 集合組織 / チタン合金 / チタン / 固溶 / 力学特性等方化 |
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| Outline of Research at the Start |
レーザー粉末床溶融結合法により作製したTi-6Al-4V合金積層造形体において，エピタキシャル成長により形成される強い異方性を持つ柱状晶組織の形成を抑制し，ランダムな結晶配向性を有する微細な等方的集合組織形成のもとで力学特性の等方化と高強度・高延性化を達成する．そのために急冷凝固過程における配向性決定機構におけるTiC添加微粒子の役割に着目し，本組織の形成挙動を理解する．
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，従来強配向を示すとされてきたチタン積層造形合金について，固溶原子および冷却速度制御により，集合組織を微細化・ランダム化し，強度延性特性の向上の実現を目的としている．本年度は固溶原子の影響に着目して取り組んだ．これまでに，室温の造形部にレーザを照射すると，キーホール状の溶融池が，高温の造形部にレーザを照射するとコンダクティブ状の溶融池が形成されることを確認した．昨年度の結果を踏まえ，積層造形ステージを冷却する機構を開発し，その溶融池形状の変化が組織形成に及ぼす影響を検証した．その結果，事前検討にて確認していたよりも，集合組織の微細化とランダム化を達成することができた．事前検討時では，溶質原子の影響が主であると考えていたため，成分の変更が必須であった．本結果は規格に影響を及ぼすような，成分の大きな変更を必要とせずに，造形部の温度と溶融池形状により組織制御が可能であることを意味している．これに伴い，同等の伸びを維持しながら，そのYSは1010 MPaから1200 MPaに，UTSは1190 MPaから1365 MPaに増加した．これは，既存の合金規格を満たしながら，強度-延性のトレードオフ関係を逸脱した高強度化が可能であることを意味している．
以上のように，造形部の温度を室温付近で維持しながら造形することで，溶融池形状をキーホール状とすることが可能であり，これに伴って集合組織を微細化・ランダム化されるk十を明らかにした．本組織形成により，延性を維持しながら，高強度の発現が可能であることが分かった．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
仮説に大きな修正が必要となり，研究計画にも変更は生じた．しかしながら，想定していたよりも興味深い，有用な知見を得ることができ，大きな発展が期待される．
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究では，以上の現象について明らかにすべく，①造形部の温度→②溶融池形状の変化→③集合組織の微細化→④力学特性向上の関係解明を目指す．本申請では，特に，「②溶融池形状⇔③集合組織」，「③集合組織⇔④力学特性」の相関解明に注力する．具体的には，A.溶融池形状の熱伝導型からキーホール型への変化に伴って集合組織が微細化する機構を明らかにするため，詳細な組織解析を行って凝固の始端と凝固方向を解析し，その組織形成機構を明らかにする．続いて，B.強度向上機構の解明のため，中性子線回折により残留応力やマクロな集合組織変化，β相の形成量の変化など，強度特性に影響を及ぼす組織因子について定量的に評価する．同時に，引張変形過程のその場SEM-EBSD解析により集合組織間での転位の伝播について解析を行う．これらの結果に関する包括的な理解を通じて，Ti積層造形合金における集合組織変化が力学機能化（高強度・高延性両立）に果たす役割を解明する．
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