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シンクロ型LPSO構造の疲労機構の解明

Publicly Offered Research

Project AreaMaterials Science of synchronized LPSO structure -Innovative Development of Next-Generation Lightweight Structural Materials-
Project/Area Number 26109704
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)

Allocation TypeSingle-year Grants
Review Section Science and Engineering
Research InstitutionTohoku University

Principal Investigator

小泉 雄一郎  東北大学, 金属材料研究所, 准教授 (10322174)

Project Period (FY) 2014-04-01 – 2016-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2015)
Budget Amount *help
¥8,320,000 (Direct Cost: ¥6,400,000、Indirect Cost: ¥1,920,000)
Fiscal Year 2015: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2014: ¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000)
Keywords疲労 / 破壊 / 亀裂 / 力学特性 / キンク / マグネシウム / 転位 / 長周期積層構造
Outline of Annual Research Achievements

疲労現象は、繰り返し負荷を受ける構造材料の破壊の原因として重要である。その機構には種々あるが、金属材料の疲労は主に転位すべりにより生じる。シンクロ型long-period stacking ordered(LPSO)相中の転位すべりは室温ではほとんど底面上でのみ生じ、荷重軸が底面に平行で、底面上へのせん断応力のない状態での変形ではキンク形成により生じる。このような場合に如何にして疲労が生じるかは不明であった。また底面すべりが生じる場合でも、溶質原子が濃縮した積層欠陥が一定間隔で存在する環境での疲労変形中の、転位の往復運動、蓄積、自己組織化、表面起伏や亀裂の形成は、従来の疲労研究の知見からは予想困難であった。従って、LPSO相の疲労の研究は、構造材料としての実用面からも、新規な疲労機構解明の基礎科学の面からも興味深く重要と考え本研究では、18R型LPSO構造を有すMg85Zn6Y9合金一方向凝固材の繰り返し変形挙動を、キンク変形発現の有無の影響に注目して調べた。
凝固方向に平行な荷重軸(θ=0°)では、圧縮でキンクを形成した。繰り返し数の増加にともない引張荷重の低下を示して破断した試料表面には、キンクに加えて、底面に沿った亀裂とキンクに平行(荷重軸に垂直)な亀裂が形成された。亀裂の起点となると思われる転位組織が、キンク形成ともなう結晶方位の回転で底面すべりが容易となった領域内に観察された。凝固方向から20°傾斜した荷重軸(θ=20°)では、底面すべりにより、圧縮と引張の両側で等しく塑性ひずみを示す繰り返し変形が可能であった。破壊は、底面と底面から大きく傾斜した面を交互に伝播する亀裂によって生じた。
以上の結果より、底面転位の活動が困難でキンク変形が支配的となる荷重であっても、キンク形成に伴い結晶回転領域での底面転位の活動が亀裂形成の起源となることが明らかとなった。

Research Progress Status

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2015 Annual Research Report
  • 2014 Annual Research Report
  • Research Products

    (20 results)

All 2016 2015 2014 Other

All Int'l Joint Research (1 results) Journal Article (5 results) (of which Acknowledgement Compliant: 2 results,  Peer Reviewed: 4 results) Presentation (12 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Invited: 1 results) Remarks (2 results)

  • [Int'l Joint Research] 中南大学(中国)

    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [Journal Article] Submicron lamellar porous structure formed by selective dissolution of Ti-Al alloy2016

    • Author(s)
      Dai-Xiu Wei, Yuichiro Koizumi, Yunping Li, Kenta Yamanaka, Akihiko Chiba
    • Journal Title

      Materials & Design

      Volume: 98 Pages: 1-11

    • DOI

      10.1016/j.matdes.2016.02.096

    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Fracture of directionally solidified (DS) Mg85Zn6Y9 alloy with 18R long-period stacking-ordered structure after compression followed by tension2015

    • Author(s)
      K. Sano, Y. Koizumi, A. Chiba, K. Hagihara, Y. Kawamura
    • Journal Title

      Proceeding of Mg2015 : The 10th International Conference on Magnesium Alloys and Their Applications

      Volume: 10 Pages: 350-353

    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Control of γ lamella precipitation in Ti-39 at.% Al single crystals by nanogroove-induced dislocation bands2015

    • Author(s)
      D.X. Wei, Y. Koizumi, A. Yamanaka, M. Yoshino, Y. Li, A. Chiba
    • Journal Title

      Acta Materialia

      Volume: 96 Pages: 352-365

    • DOI

      10.1016/j.actamat.2015.05.016

    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Enhanced Damping Capacity of Magnesium Alloys by Tensile Twin Boundary2015

    • Author(s)
      Yujie Cui, Yunping Li, Shihai Sun, Huakang Bian, Hua Huang, Zhongchang Wang, Yuichiro Koizumi, Akihiko Chiba
    • Journal Title

      Scripta Mater

      Volume: 108 Pages: 8-11

    • DOI

      10.1016/j.scriptamat.2015.01.002

    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Nano-lamellar/nano-tubular hierarchical porous structure produced by selective dissolution and anodization of lamellar Ti-40 at.% Al alloy2015

    • Author(s)
      D.X. Wei, Y. Koizumi, H. Bian, Y. Li, A. Chiba
    • Journal Title

      Materials Letters

      Volume: 145 Pages: 15-18

    • DOI

      10.1016/j.matlet.2014.11.059

    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Effect of twin boundary mobility on damping capacity of Mg and its alloys2016

    • Author(s)
      崔 玉傑 , 小泉 雄一郎, 李 云平, 千葉 晶彦
    • Organizer
      日本金属学会春期講演大会
    • Place of Presentation
      東京理科大学
    • Year and Date
      2016-03-23
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] Cyclic deformation behavior of Mg85Zn6Y9 alloy with long-period stacking-ordered structure2016

    • Author(s)
      Kotaro Sano, Yuichiro Koizumi, Akihiko Chiba, Koji Hagihara, Yoshihito Kawamura
    • Organizer
      2015 Annual Meeting of Excellent Graduate Schools for "Materials Integration Center" and "Materials Science Center"
    • Place of Presentation
      Akiu, Sendai, Japan
    • Year and Date
      2016-03-18
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Effect of twin boundary mobility on damping capacity of magnesium alloys2016

    • Author(s)
      ujie Cui, Yunping Li, Yuichiro Koizumi, Akihiko Chiba
    • Organizer
      2015 Annual Meeting of Excellent Graduate Schools for "Materials Integration Center
    • Place of Presentation
      Akiu, Sendai, Japan
    • Year and Date
      2016-03-18
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 18R 型LPSO 構造を有するMg85Zn6Y9合金一方向凝固材の繰り返し変形挙動2015

    • Author(s)
      佐野 康太郎, 小泉 雄一郎, 千葉 晶彦, 萩原 幸司, 河村 能人
    • Organizer
      第130回金属材料研究所講演会
    • Place of Presentation
      東北大学金属材料研究所
    • Year and Date
      2015-11-25
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] Effect of alloying and annealing on the activation of twin boundary2015

    • Author(s)
      Yujie Cui, Yunping Li, Yuichiro Koizumi, Akihiko Chiba
    • Organizer
      日本機械学会 M&M2015 材料力学カンファレンス
    • Place of Presentation
      東京工業大学
    • Year and Date
      2015-11-21
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] Cyclic deformation behavior of Mg85Zn6Y9 alloy with 18R long-period stacking-ordered structure2015

    • Author(s)
      K. Sano, Y. Koizumi, A. Chiba, K. Hagihara, Y. Kawamura
    • Organizer
      The 10th International Conference on Magnesium Alloys and Their Applications 2015 (Mg2015)
    • Place of Presentation
      Jeju, Korea
    • Year and Date
      2015-10-14
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 18R型LPSO構造を有するMg85Zn6Y9合金一方向凝固材の繰り返し変形挙動2015

    • Author(s)
      佐野 康太郎, 小泉 雄一郎, 千葉 晶彦, 萩原 幸司, 河村 能人
    • Organizer
      日本金属学会2015年秋期(第157回)講演大会
    • Place of Presentation
      九州大学
    • Year and Date
      2015-09-16
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] Effect of annealing treatment on twin boundary mobility in magnesium and its alloys2015

    • Author(s)
      崔 玉傑, 小泉 雄一郎, 李 云平, 千葉 晶彦
    • Organizer
      日本金属学会2015年秋期(第157回)講演大会
    • Place of Presentation
      九州大学
    • Year and Date
      2015-09-16
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] 18R型LPSO構造を有すMg85Zn6Y9合金一方向凝固材の繰り返し変形破壊挙動2015

    • Author(s)
      佐野 康太郎, 小泉 雄一郎, 千葉 晶彦, 萩原 幸司, 河村 能人
    • Organizer
      日本金属学会秋期(第156回)講演大会
    • Place of Presentation
      東京大学,
    • Year and Date
      2015-03-18 – 2015-03-20
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] 双晶界面移動及び双晶導入による高制振性Mg合金の開発2015

    • Author(s)
      Yunping Li, Yujie Cui, Yuichiro Koizumi, Akihiko Chiba
    • Organizer
      軽金属学会東北支部講演会およびイブニングセミナー
    • Place of Presentation
      東北大学金属材料研究所
    • Year and Date
      2015-03-11
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 18R型LPSO構造を有すMg85Zn6Y9一方向凝固合金の繰り返し変形挙動2014

    • Author(s)
      小泉雄一郎、佐野康太郎、千葉晶彦、萩原幸司、河村能人
    • Organizer
      軽金属学会 第 127 回秋期大会 T1:シンクロ型LPSO構造の材料科学II
    • Place of Presentation
      東京工業大学
    • Year and Date
      2014-11-16
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] Cyclic Deformation Behaviors of HCP/FCC Laminated Structures2014

    • Author(s)
      Y. Koizumi , K. Sano and A. Chiba
    • Organizer
      LPSO2014 International Symposium on Long-Period Stacking Ordered Structure and Its Related Materials 2014,
    • Place of Presentation
      Hotel Nikko Kumamoto, Kumamoto, Japan
    • Year and Date
      2014-10-05 – 2014-10-08
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Remarks] 東北大学金属材料研究所 加工プロセス工学研究部門 千葉研究室

    • URL

      http://www.chibalab.imr.tohoku.ac.jp

    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [Remarks] 東北大学金属材料研究所 加工プロセス工学研究部門 千葉研究室 研究業績

    • URL

      http://www.chibalab.imr.tohoku.ac.jp/achievements/cobarion.html

    • Related Report
      2014 Annual Research Report

URL: 

Published: 2014-04-04   Modified: 2018-03-28  

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