形態制御された硬質相を有する高加工硬化能アルミニウム合金積層造形体の創製

• Project/Area Number: 23K04450
• 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: University of Hyogo
• Principal Investigator: 足立 大樹 兵庫県立大学, 工学研究科, 教授 (00335192)
• Project Period (FY): 2023-04-01 – 2026-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000); Fiscal Year 2025: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000); Fiscal Year 2024: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000); Fiscal Year 2023: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
• Keywords: アルミニウム合金 / 積層造形 / 加工硬化

Outline of Research at the Start

本研究では、レーザー金属3Dプリンタおよび電子ビーム金属3Dプリンタを併用し、積層造形条件を幅広く探索することによって高強度高延性を兼ね備えたアルミニウム合金の開発を目指し、DualPhase鋼のような硬質第二相由来の高い加工硬化能能を発現させることを目標としたアルミニウム合金における硬質第二相の存在形態制御を行う。
また、作製したアルミニウム合金積層造形合金に対し、放射光を用いた微細組織要素の定量化や軟質相と硬質相それぞれの弾塑性変形挙動解析を行い、最適な硬質第二相の種類や体積分率、存在形態を明らかにし、硬質第二相を用いたアルミニウム合金の高強度高延性を両立させるための指針を構築する。

Outline of Annual Research Achievements

積層造形法で作製したアルミニウム合金は、従来の鋳造法で作製した同組成の合金よりも降伏強度が高く、加工硬化能が高い時がある。通常、アルミニウム合金の加工硬化能はあまり高くないが、このアルミニウム合金積層造形材の高い加工硬化能の起源を明らかにし、さらに発展させることで高加工硬化能を有する高延性アルミニウム合金の開発を目指している。本年度は高加工硬化能を示すAl-Si合金積層造形まま材と、それに焼鈍を施すことによって加工工硬化能が従来鋳造法で作製した時と同レベルになったAl-Si合金焼鈍材において、構成相である母相α-Alと晶出相であるSiの引張変形中における弾塑性変形挙動を、放射光In-situ XRD測定によって調べた。
その結果、積層造形まま材では共晶組織を呈していることから硬質相であるSiがネットワーク状に分散しており、変形中におけるSiの弾性変形量が高くなっており、大きな応力を負担していることが明らかとなった。これが高い加工硬化能の起源であると考えられる。一方、焼鈍材では、Siは粒状化かつ粗大化したことによって、変形中におけるSiの弾性変形量は小さく、応力をほとんど負担していないことが明らかとなった。
硬質なSiの量は焼鈍材の方が多いにも関わらず上記のような結果となったことは、Siの負担する応力はその存在量のみが左右するのではなく、それ以上にサイズや形態が大きく影響していることが明らかとなった。

Current Status of Research Progress

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

Reason

積層造形まま材と焼鈍材における軟質相と硬質相の弾塑性変形挙動の違いを放射光In-situ XRD測定により明らかにすることによって、硬質相のサイズや分散形態が、存在量よりも重要であることが明らかとなった。本研究の目的である高加工硬化能を有する高強度高延性を両立した材料の創製に向けて、重要な組織パラメータを明らかにすることが出来たと言える。昨年度の知見を基に、今後は硬質相のサイズや分散形態を作製条件を広く変えることによって硬質相の負担応力がどのように変化していくかを明らかにしていく、という方針を決定することが出来たため、順調に進展している、と判断した。

Strategy for Future Research Activity

昨年度の研究において、積層造形まま材と焼鈍材における軟質相と硬質相の弾塑性変形挙動の違いを放射光In-situ XRD測定により調べ硬質相のサイズや分散形態が、存在量よりも重要であることが明らかとした。本研究の目的は、積層造形材が示す高加工硬化能の起源を明らかにし、高強度高延性を両立した材料の創製を行うことであり、そのための重要な組織パラメータが硬質相のサイズと分散形態であり、硬質相の量はその次であることが明らかとなった。よって、今年度は、様々な積層条件により、硬質相のサイズや分散形態を変えることによって硬質相の負担応力がどのように変化していくかを放射光In-situ XRD測定によって明らかにしていく。積層条件として、走査速度や出力といった従来の製造パラメータのみならず、レーザ積層造形と電子ビーム積層造形を併用していくことによって、組織形態を大きく変えることを試みる。