Creation of pure titanium with high strength by low temperature nitriding under the high rate nitrogen diffusion

• Project/Area Number: 24760090
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Research Field: Materials/Mechanics of materials
• Research Institution: Kobe University (2014); Ritsumeikan University (2012-2013)
• Principal Investigator: KIKUCHI Shoichi 神戸大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (80581579)
• Project Period (FY): 2012-04-01 – 2015-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2014)
• Budget Amount: ¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000); Fiscal Year 2014: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000); Fiscal Year 2013: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000); Fiscal Year 2012: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
• Keywords: 窒化 / チタン / 強度 / 疲労強度 / 疲労 / 強加工

Outline of Final Research Achievements

The purpose of this study is to improve the strength of commercially pure titanium by low temperature nitriding. To diffuse nitrogen into pure titanium even at low temperature, crystal grains of titanium were refined by a severe plastic deformation process. Low temperature nitriding increased surface hardness and low temperature nitrided specimen showed higher strength compared to the conventional nitrided one. This is because the low temperature nitriding suppresses the grain-coarsening of pure titanium and forms a nitrogen compound with lower Young's modulus.

Research Products

• [Journal Article] Effects of Low Temperature Nitriding Process on the Very High Cycle Fatigue Properties of Ti-6Al-4V Alloy (2014)
  • Author(s): S. Kikuchi, S. Heinz, D. Eifler, Y. Nakamura and A. Ueno
  • Journal Title: Proceedings of the 6th International Conference of Very High Cycle Fatigue Volume: -
  • Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Evaluation of the 4-points Bending Fatigue Properties of Ti-6Al-4V Alloy with Harmonic Structure Created by Mechanical Milling and Spark Plasma Sintering (2014)
  • Author(s): S. Kikuchi, K. Takemura, Y. Hayami, A. Ueno and K. Ameyama
  • Journal Title: Proceedings of the 3rd Japan-China Joint Symposium on Fatigue of Engineering Materials and Structures Volume: 32 Pages: 5-9
• [Journal Article] Evaluation of the effects of low temperature nitriding on 4-points bending fatigue properties of Ti-6Al-4V alloy (2014)
  • Author(s): Y. Nakamura, S. Yoshida, S. Kikuchi and A. Ueno
  • Journal Title: Proceedings of Asian-Pacific Conference on Fracture and Strength 2014 and the International Conference on Structural Integrity and Failure Volume: - Pages: 93-98
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Development of Low Temperature Nitriding Process and Its Effects on the 4-points Bending Fatigue Properties of Commercially Pure Titanium (2014)
  • Author(s): Shoichi Kikuchi, Yuta Nakamura, Akira Ueno and Kei Ameyama
  • Journal Title: Advanced Materials Research Volume: 891-892 Pages: 656-661
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 工業用純チタンの高疲労強度化を目的とした低温窒化プロセスの開発 (2013)
  • Author(s): 菊池将一
  • Journal Title: チタン Volume: 61 Pages: 290-290
• [Presentation] Effects of nitriding temperature on the fatigue properties of Ti-6Al-4V alloy and in-situ observation of fatigue cracks in 4-points bending (2015)
  • Author(s): S. Kikuchi, S. Yoshida, Y. Nakamura, A. Ueno and Y. Nakai
  • Organizer: International Conference on the Mechanical Behavior of Materials
  • Place of Presentation: カールスルーエ（ドイツ）
  • Year and Date: 2015-05-10 – 2015-05-14
• [Presentation] 調和組織を有するチタン合金の疲労き裂伝ぱに関する研究 (2015)
  • Author(s): 久保薗宏樹，今井貴文，菊池将一，中井善一，上野明，飴山惠
  • Organizer: 日本機械学会関西学生会平成26年度学生員卒業研究発表講演会
  • Place of Presentation: 京都大学桂キャンパス（京都府京都市）
  • Year and Date: 2015-03-14
• [Presentation] 調和組織を有するTi-6Al-4V合金の創製と疲労き裂伝ぱ特性評価 (2014)
  • Author(s): 今井貴文，菊池将一，久保薗宏樹，中井善一，上野明，飴山惠
  • Organizer: 日本材料学会関西支部第9回若手シンポジウム
  • Place of Presentation: 滋賀県青年会館アーブしが（滋賀県大津市）
  • Year and Date: 2014-12-06
• [Presentation] 高強度・高延性を有する調和組織チタン合金の創製とその疲労破壊メカニズム解明に向けた取り組み (2014)
  • Author(s): 菊池将一，中井善一，今井貴文，久保薗宏樹，上野明，飴山惠，早水洋介
  • Organizer: チタン協会第2回チタン若手交流会
  • Place of Presentation: 神戸製鋼所高砂製作所（兵庫県高砂市）
  • Year and Date: 2014-11-14
• [Presentation] 低温プラズマ窒化を施した工業用純チタンの4点曲げ疲労特性に及ぼす結晶粒径の影響評価 (2014)
  • Author(s): 中村悠太，菊池将一，吉田翔，上野明，飴山惠
  • Organizer: 日本機械学会M&M2014材料力学カンファレンス
  • Place of Presentation: 福島大学（福島県福島市）
  • Year and Date: 2014-07-24
• [Presentation] 低温プラズマ窒化を施したTi-6Al-4V合金の超音波疲労特性 (2014)
  • Author(s): 菊池将一，S. Heinz, D. Eifler,中村悠太，吉田翔，上野明
  • Organizer: 日本材料学会第63期学術講演会
  • Place of Presentation: 福岡大学（福岡県福岡市）
  • Year and Date: 2014-05-24
• [Presentation] Effects of Low Temperature Nitriding Process on the Very High Cycle Fatigue Properties of Ti-6Al-4V Alloy (2014)
  • Author(s): Shoichi Kikuchi, Stefan Heinz, Dietmar Eifler, Yuta Nakamura and Akira Ueno
  • Organizer: 6th International Conference on Very High Cycle Fatigue
  • Place of Presentation: Chengdu (China)
• [Presentation] 工業用純チタンの結晶粒径および疲労特性に及ぼす低温窒化プロセスの影響評価 (2013)
  • Author(s): 中村悠太，菊池将一，吉田翔，竹村浩太郎，上野明，飴山惠
  • Organizer: 日本材料学会関西支部第8回若手シンポジウム
  • Place of Presentation: ホテルセイリュウ（大阪府）
• [Presentation] 純チタンの疲労特性改善を目的とした低温窒化プロセスの開発 (2012)
  • Author(s): 菊池将一，西本泰介，中村悠太，上野 明，瀬尾卓弘，関口達也，飴山 惠
  • Organizer: 日本材料学会関西支部第7回若手シンポジウム
  • Place of Presentation: 琵琶湖湖畔おごと温泉湯の宿木もれび（滋賀県）
• [Presentation] メカニカルミリングを施した純チタン粉末焼結体の低温プラズマ窒化挙動 (2012)
  • Author(s): 中村悠太，菊池将一，西本泰介，上野 明，瀬尾卓弘，関口達也，飴山 惠
  • Organizer: 日本材料学会関西支部第7回若手シンポジウム
  • Place of Presentation: 琵琶湖湖畔おごと温泉湯の宿木もれび（滋賀県）
• [Presentation] 低温窒化プロセスを施した工業用純チタンの4点曲げ疲労特性評価
  • Author(s): 中村悠太，菊池将一，西本泰介，上野明，飴山惠
  • Organizer: 日本機械学会M&M2013材料力学カンファレンス
  • Place of Presentation: 岐阜大学柳戸キャンパス（岐阜県）
• [Presentation] Development of Low Temperature Nitriding Process and Its Effects on the 4-points Bending Fatigue Properties of Commercially Pure Titanium
  • Author(s): Shoichi Kikuchi, Yuta Nakamura, Akira Ueno and Kei Ameyama
  • Organizer: 11th International Fatigue Congress
  • Place of Presentation: Melbourne Cricket Ground (Australia)
• [Presentation] 低温プラズマ窒化を施したTi-6Al-4V合金の超音波疲労特性
  • Author(s): Shoichi Kikuchi, Stefan Heinz, Dietmar Eifler, Yuta Nakamura, Sho Yoshida and Akira Ueno
  • Organizer: 日本材料学会第63期学術講演会
  • Place of Presentation: 福岡大学（福岡県）
• [Presentation] Ti-6Al-4V合金の4点曲げ疲労特性に及ぼす低温プラズマ窒化の影響評価
  • Author(s): 吉田翔，菊池将一，中村悠太，上野明
  • Organizer: 日本材料学会第63期学術講演会
  • Place of Presentation: 福岡大学（福岡県）
• [Presentation] 微細結晶粒を有する純チタンの低温プラズマ窒化挙動
  • Author(s): 西本泰介，菊池将一，中村悠太，上野 明，瀬尾卓弘，関口達也，飴山 惠
  • Organizer: 日本金属学会2012年秋期（第151回）大会
  • Place of Presentation: 愛媛大学城北キャンパス （愛媛県）
• [Presentation] メカニカルミリングを施した純チタンの低温プラズマ窒化挙動
  • Author(s): 菊池将一，中村悠太，西本泰介，上野 明，瀬尾卓弘，関口達也，飴山 惠
  • Organizer: 粉体粉末冶金協会平成24年度秋季大会（第110回講演大会）
  • Place of Presentation: 立命館大学BKCエポック立命21（滋賀県）
• [Remarks] 神戸大学大学院工学研究科機械工学専攻
  • URL: http://www.eng.kobe-u.ac.jp/department/mechanical.html
• [Remarks] 神戸大学研究者紹介システム
  • URL: http://kuid.ofc.kobe-u.ac.jp/InfoSearch/html/researcher/researcher_aF7OkAUZm8vO-IBQ3mbe3w_ja.html?backtoResultPath=PositionView.do
• [Remarks] 神戸大学大学院工学研究科機械工学専攻材料物理講座破壊制御学研究室
  • URL: http://www.research.kobe-u.ac.jp/eng-fracture/
• [Remarks] 研究者情報データベース
  • URL: http://research-db.ritsumei.ac.jp/Profiles/76/0007521/profile.html
• [Remarks] 研究者学術情報データベース
  • URL: http://research-db.ritsumei.ac.jp/Profiles/76/0007521/profile.html