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整合ナノ析出物に誘起される特異強化の発現理解と600℃級bcc耐熱合金への挑戦

Research Project

Project/Area Number 23K17819
Research Category

Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)

Allocation TypeMulti-year Fund
Review Section Medium-sized Section 26:Materials engineering and related fields
Research InstitutionOsaka University

Principal Investigator

趙 研  大阪大学, 大学院工学研究科, 准教授 (00633661)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 安田 弘行  大阪大学, 大学院工学研究科, 教授 (60294021)
Project Period (FY) 2023-06-30 – 2025-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥6,240,000 (Direct Cost: ¥4,800,000、Indirect Cost: ¥1,440,000)
Fiscal Year 2024: ¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000)
Fiscal Year 2023: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000)
Keywords新規析出強化 / 金属間化合物 / 軽量耐熱合金 / ナノ析出物 / 格子ミスフィット / 耐熱bcc合金
Outline of Research at the Start

本研究では、bcc Fe母相中のすべりがNiAlを強制的にせん断することで発現する特異な整合ナノ析出強化に着目し、600℃で500 MPa以上の強度を示す600℃級β型耐熱Ti合金の具現化を目指す。そのため、このナノ析出強化が発現する結晶学・組織学的な条件やβ型Ti合金でその条件を満たすための合金探索、さらには、本強化が発現するβ型Ti合金の変形挙動を明らかにする。さらに、全てのbcc合金に適用可能な、整合ナノ析出物による変形因子制御の学理を構築し、bcc耐熱合金実現への扉を開く。

Outline of Annual Research Achievements

2023年度は、bcc Fe合金にて見出した「母相(bcc Fe)と析出物(B2 NiAl)の主すべり系の差異による新規析出強化機構(Slip frustration hardening, SFH)」をbcc Ti合金においても発現させるため、材料学的視点からその発現条件の解明を目的とした。そこでまずは、Fe-Al-Ni系合金に対して母相に優先固溶するMoを0~10 at%添加することで母相格子定数を大きくし、B2 NiAl析出物との格子ミスフィットを系統的に変化させた。これらの合金について、降伏応力との関係からSFHが発現する格子ミスフィット条件を調査した。その結果、少なくとも格子ミスフィットが0.3%以内であればSFHが発現することを明らかとした。さらに、同合金に対して種々の温度で熱処理を施すことでB2 NiAl析出物の形態(粒径、体積率)を変化させ、SFHが発現する条件を調査した。ここでは、粒径25 nm以下と体積率7%以下を同時に満たす場合にSFHが発現することがわかった。加えて、bcc Ti合金中でのB2型整合ナノ析出物形成に向け、Ti-Fe系合金中にB2 FeTi析出物を微細に析出させ得る合金組成の探索を実施した。その結果、ナノ析出物を得ることが可能な合金元素、合金組成さらには熱処理温度を特定することに成功した。以上の成果をもとに、bcc Ti合金においても同様の条件を満たすナノ析出物を得ることでSFHの発現が期待され、600℃で500 MPa以上の降伏応力を有する合金の実現が期待される。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

当初の計画通り、SFH発現のための結晶学的、組織学的な条件を明らかとすることに成功した。これに加えて、当初の予定を超えてB2ナノ析出物を有するbcc Ti合金の化学組成および析出物形態を最適化するための熱処理条件を明らかとした。これらは、bcc Ti合金においSFHを発現させる上で極めて重要な知見であることから、当初の計画以上に進展していると判断する。

Strategy for Future Research Activity

2024年度は、本年度明らかとしたSFH発現条件を満たす母相、析出物ペアの探索を行う。ナノ析出物の形成には本年度すでに成功していることから、特に格子ミスフィットに着目して合金組成および熱処理条件を調整する。さらに、SFHの発現が確認された後には、最大強度獲得のための組織設計指針の提案を目指す。ここでは、温度-時間-冷却速度を系統的に変化させた熱処理を施すことで、ナノ析出物の形態を制御し、合金強度と組織形態の関係を解明する。

Report

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

    (3 results)

All 2023 Other

All Presentation (2 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Invited: 1 results) Remarks (1 results)

  • [Presentation] Mechanical properties and twinning-induced plasticity of metastable β-type Ti alloys2023

    • Author(s)
      Ken Cho, Hiroyuki Y. Yasuda
    • Organizer
      The 11th Pacific Rim International Conference on Advanced Materials and Processing (PRICM11)
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 粒界被覆型フェライト系耐熱合金の高温疲労特性2023

    • Author(s)
      大呂空、趙研、安田弘行
    • Organizer
      日本金属学会2023年秋期(第173回)講演大会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Remarks] 所属する研究室のホームページ

    • URL

      http://www.mat.eng.osaka-u.ac.jp/mse3/mse3-homeJ.htm

    • Related Report
      2023 Research-status Report

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Published: 2023-07-04   Modified: 2024-12-25  

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