2021 Fiscal Year Annual Research Report
多様なMg系ミルフィーユ構造のキンク制御と材料創製
| Project Area | Materials science on mille-feullie structure -Developement of next-generation structural materials guided by a new strengthen principle- |
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| Project/Area Number |
18H05477
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| Research Institution | National Institute for Materials Science |
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Principal Investigator |
染川 英俊 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 構造材料研究拠点, グループリーダー (50391222)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
戸高 義一 豊橋技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (50345956)
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| Project Period (FY) |
2018-06-29 – 2023-03-31
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| Keywords | キンク / マグネシウム / 材料プロセス / 強ひずみ加工 / 力学特性 / 微細組織 / ミルフィーユ構造 / ひずみ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
昨年度と同様、LPSO基Mg合金で認知されているMg-Y-Zn合金を研究対象とし、LPSO相がほぼ100%含有するMg-9at.%Y-6at.%Zn単相合金の評価に注力した。詳細な実施内容と結果は、本研究目的に分類し、下記に示す。
「キンク強化に貢献する形態と構造」：一昨年度、試料拘束と複合化応力/ひずみ成分付与が有効という知見を取得している。本年度は、押出＋ねじりを連続的に付与し、更なるキンク導入とキンク強化の可能性について調査した。巨視的組織観察および力学特性評価を通じて、高次塑性加工材と同じくLPSO相内にキンクを形成し、優れた強度・延性を示すことを確認した。特に、降伏応力は従来押出材よりも50％以上の向上を呈した。また、直行型FIB/SEMを活用した三次元組織観察より、キンク界面が湾曲していることが分かった。今後、TEM等を活用した詳細な微細様相の同定（および湾曲度の定量化）が必要ではあるが、キンク界面の特異構造がadditional強化因子となることを究明した。
「キンク導入の最適プロセス」：一軸圧縮試験にてせん断成分の付与量が制御できる試験片を使用し、キンク数密度とせん断ひずみの関係を詳細に調査した。キンク数密度は、昨年度提案した点算法を活用し、せん断ひずみは有限要素解析によって取得した。キンク数密度は、せん断ひずみの増大にともない緻密化することを確認した。また、加工時に多様な応力/ひずみ状態が作用する高次塑性加工バルク材に対しても本関係（＝キンク数密度vs.せん断ひずみ）が適応可能であり、せん断ひずみが当該LPSO合金のキンク粗密化に影響を及ぼすことを究明した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
キンク数密度とせん断ひずみ付与量には密接な関係があり、キンク高密度化には高ひずみせん断付与が有効であることを究明した。本知見は、「キンク導入の最適プロセス」を思案するうえで極めて重要である。また、「キンク強化に貢献する形態と構造」では、キンク分散の高密度化や細分化、キンク形態の広角度化だけでなく、新たにキンク界面の湾曲化が有望であることを示した。複合化塑性加工の難しさがあるが、更なるキンク強化発現に資する有望な知見と言える。
他方、昨年と同じく、コロナ禍による不自由な研究活動下でありながら、Web会議などを活用し、緊密な班内連携、研究活動を実施した。例年どおりの学会発表や学術誌発表などの外部発信にも至っていることことから、「おおむね順調に進んでいる」と評価した。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究課題では、「キンク導入の最適プロセス」と「キンク強化に貢献する形態/構造」を明確にすることを目的としている。次年度は本研究最終年度であり、前項では、希薄系Mg-Y-Zn合金を対象に、高次塑性加工バルク材を創製し、多様なMg合金に対するキンク導入とキンク強化を例示する。また、効果的なキンク導入には、高次塑性加工時に作用する「せん断ひずみ」制御が有効であるが、他プロセスに展開し、緻密にキンク導入された部材を試作、検証する。
他方、後項では、キンク数密度、キンク間隔、キンク角度は、キンク強化影響因子であることを明示してきた。押出＋ねじり材にて例示したキンク界面構造の詳細な様相を確認するとともに、キンク緻密化（または微細化）の観点から、加工温度の影響を調査する。
これらの知見を通じて、Mg-9at.%Y-6at.%Zn鋳造材をモデル材とした「加工（高次塑性加工因子）－組織（キンク形態・構造）－特性（キンク強化）」の関係を明示する。
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