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Fabrication of 5xxx/7xxx Crossover Alloys: T-Phase Precipitation to Achieve Hydrogen Embrittlement Resistance

Research Project

Project/Area Number 23K04413
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 26040:Structural materials and functional materials-related
Research InstitutionIwate University

Principal Investigator

清水 一行  岩手大学, 理工学部, 助教 (30748760)

Project Period (FY) 2023-04-01 – 2026-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
Fiscal Year 2025: ¥390,000 (Direct Cost: ¥300,000、Indirect Cost: ¥90,000)
Fiscal Year 2024: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
Fiscal Year 2023: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
Keywords水素脆化 / アルミニウム合金 / 放射光X線CT / 水素 / T相 / 変形破壊プロセス / クロスオーバー合金 / 亀裂進展
Outline of Research at the Start

7xxx(Al-Zn-Mg)系合金は、最高強度の実用アルミニウム展伸材であり、さらなる高強度化には水素脆化の克服が課題とされている。これまで申請者は、η相は、高強度化をもたらすと同時に脆化機構としても振る舞うこと、さらに、T相は、η相と異なり、相内部に水素をトラップできることを見出している。そして、T相の優先析出により、高い強度と高い耐水素脆性を両立可能だと発想した。T相析出のためには、Mg量増加が有効とされる。本研究では、5xxx(Al-Mg)系合金に迫るほどMg/Zn比を増加させた7xxx合金、5xxx/7xxxクロスオーバー合金を創製し、この合金の高い強度・耐水素脆性を実証する。

Outline of Annual Research Achievements

本研究は、T相を優先析出させた、高い耐水素脆性をもつ5xxx/7xxxクロスオーバー合金の創製に挑んでいる。
令和R5年度は、予定通り、T相析出型5xxx/7xxxクロスオーバー合金を試作後、T相の組成・構造をナノ組織解析し、変形破壊挙動を放射光X線CTでその場観察した。その結果、Zr添加型合金(AlZnMg-Zr合金)では、高水素状態かつ長時間の引張中断試験であっても15.8%の破断伸びを示し、水素脆性破壊(粒界・擬へき開破壊)をほぼ示さなかった。すなわち、Zr添加とT析出の両者によって、粒界・擬へき破壊が大きく抑制されたと言える。但し、2%程度ではあったが、擬へき開破壊を示した。このき裂の発生・進展プロセスを明らかにするため、SPring-8にて放射光X線CTその場イメージングを行った。そして、擬へき開亀裂は発生するものの、進展が大きく抑制されて鈍化することが可視化された。通常の水素脆性亀裂は、シャープな亀裂先端を維持したまま、小さなき裂進展駆動力で進展するが、試作合金の擬へき開亀裂は延性亀裂のように鈍化し、停留していた。この高い亀裂進展抵抗が、水素脆性破壊を抑制できた理由だと考えられる。
以上より、初年度は、T相析出とZr添加により、水素誘起擬へき開・粒界破壊の両者を防止できる、新奇Al-Zn-Mg合金を開発可能であることを実証した。さらに、Zr添加型T相合金では、擬へき開亀裂の鈍化という、従来のAl-Zn-Mg合金では現れない特異な破壊挙動を示すことが明らかとなった。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

順調に進展していると評価できる。その理由は以下の通りである。
(i)初年度に実施予定であった、T相析出型5xxx/7xxxクロスオーバー合金の試作ならびに組織評価が完了していること
(ii)試作合金の変形破壊プロセスを放射光X線CTによりその場観察し、高い耐水素脆性を実証できていること、
(iii) 試作合金の特異な水素脆化防止挙動を直接可視化できていること

Strategy for Future Research Activity

本研究では、水素につよく高強度なAl-Zn-Mg合金を実現させるべく、研究を展開している。初年度の成果により、水素につよい合金の開発指針を達成しつつあるが、高強度化の点では課題が残っている。すなわち、高強度化のためのT相の高密度・微細析出および組成最適化には至っていない。次年度以降、試作合金を基本として、熱処理や組成を再調整し、その合金の水素脆化防止挙動を放射光X線CTによりその場観察する。最終的には、耐水素脆性・高強度アルミニウム合金を実現したい。

Report

(1 results)
  • 2023 Research-status Report
  • Research Products

    (11 results)

All 2024 2023

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results,  Open Access: 1 results) Presentation (9 results) (of which Int'l Joint Research: 5 results,  Invited: 1 results)

  • [Journal Article] Combining muon spin relaxation and DFT simulations of hydrogen trapping in Al6Mn2024

    • Author(s)
      Shimizu Kazuyuki、Nishimura Katsuhiko、Matsuda Kenji、Akamaru Satoshi、Nunomura Norio、Namiki Takahiro、Tsuchiya Taiki、Lee Seungwon、Higemoto Wataru、Tsuru Tomohito、Toda Hiroyuki
    • Journal Title

      Scripta Materialia

      Volume: 245 Pages: 116051-116051

    • DOI

      10.1016/j.scriptamat.2024.116051

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Assessment of hydrogen embrittlement behavior in Al-Zn-Mg alloy through multi-modal 3D image-based simulation2024

    • Author(s)
      Fujihara Hiro、Toda Hiroyuki、Ebihara Ken-ichi、Kobayashi Masakazu、Mayama Tsuyoshi、Hirayama Kyosuke、Shimizu Kazuyuki、Takeuchi Akihisa、Uesugi Masayuki
    • Journal Title

      International Journal of Plasticity

      Volume: 174 Pages: 103897-103897

    • DOI

      10.1016/j.ijplas.2024.103897

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] Al-Zn-Mg合金中の析出物界面におけるトラップ水素の3DAP解析2023

    • Author(s)
      阿部 李音, 清水 一行, 佐々木 泰祐, 戸田 裕之, 鎌田 康寛
    • Organizer
      日本金属学会第173回講演大会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] 清水 一行, 土屋 昇大, 戸田 裕之, 藤原 比呂, 上椙 真之, 竹内 晃久, 鎌田 康寛2023

    • Author(s)
      T相優先析出によるAl-Zn-Mg-Cu合金における水素誘起粒界・擬へき開破壊の防止
    • Organizer
      日本機械学会M&M2023 材料力学カンファレンス
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] 土屋昇大, 清水一行, 鎌田康寛, 戸田裕之, 藤原比呂, 上椙真之, 竹内晃久2023

    • Author(s)
      T相析出型Al-Zn-Mg合金の耐水素脆化挙動
    • Organizer
      第22回日本金属学会東北支部研究発表大会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] 5000系/7000系クロスオーバーアルミニウム合金の時効析出と耐水素脆性2023

    • Author(s)
      清水一行, 土屋昇大, 戸田裕之, 藤原比呂, 平山恭介, 竹内晃久, 上椙真之
    • Organizer
      軽金属学会第145回秋期大会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] PREVENTION OF HYDROGEN EMBRITTLEMENT IN AL-Zn-Mg ALLOYS BY DISPERSION OF NOVEL PHASES2023

    • Author(s)
      K. Shimizu, Y. Wang, H. Fujihara, H. Toda, M. Yamaguchi, M. Uesugi, A. Takeuchi
    • Organizer
      IHC2023
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Deformation and fracture behavior of TPhase precipitated Al-Zn-Mg alloys under Hydrogen influence using synchrotron imaging2023

    • Author(s)
      K. Shimizu, S. Tsuchiya, H. Toda, H. Fujihara, M. Uesugi, A. Takeuchi, Y. Kamada
    • Organizer
      ATEM23
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 3D Visualization of Hydrogen Trapping Sites in Al-Zn-Mg Alloys2023

    • Author(s)
      R. Abe, K. Shimizu, T. T. Sasaki, H. Toda, Y. Kamada
    • Organizer
      NIMS award symposium 2023
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Hydrogen embrittlement and its prevention in Al-Zn-Mg alloys2023

    • Author(s)
      H. Toda, Y. Wang, J. Tang, M. Yamaguchi, T. Tsuru, K. Shimizu, H. Fujihara, K. Hirayama, K. Ebihara
    • Organizer
      MRM2023
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Development of hydrogen-resistant Al-Zn-Mg-Cu alloys by T-phase precipitation and trace element addition2023

    • Author(s)
      K. Shimizu, S. Tsuchiya, H. Toda, H. Fujihara, M. Uesugi, A. Takeuchi, Y. Kamada
    • Organizer
      MRM2023
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Int'l Joint Research

URL: 

Published: 2023-04-13   Modified: 2024-12-25  

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