2019 Fiscal Year Annual Research Report
Clarification of formation and strengthening mechanisms of deformation kink by the mechanical analyses
| 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 |
18H05478
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
萩原 幸司 大阪大学, 工学研究科, 准教授 (10346182)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
岸田 恭輔 京都大学, 工学研究科, 准教授 (20354178)
榎 学 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (70201960)
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| Project Period (FY) |
2018-06-29 – 2023-03-31
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| Keywords | キンク変形 / ミルフィーユ構造 / 変形モード / 強度 / その場観察・AE / マイクロ試験 / 単結晶 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
二年度である本年は，キンク形成・強化のための「ミルフィーユ条件」の妥当性解明を実現するための基盤となる実験データ取得を加速度的に進めた．昨年の成果を踏まえ各研究者が多くの実験を予定を前倒して遂行することで， (A)キンク変形帯の形成機構，(B)これを介した強化機構，の両者に対し多くの新規知見を得た．(A)としてはキンク形成の動的その場観察手法をさらに発展させ二方向からの同時観察によりキンク形成の３次元的な解析を可能とし，かつ同時にAEも取得することで，キンク形成に伴うモーメント解析といった新規評価法を確立した．この測定よりLPSO中のキンク形成は1-2μsで生じる極めて高速な現象であること，またその形成が互いに依存し合い発達する動的現象であることを見出した．さらにキンク形成とミルフィーユ構造との関連を明らかにするためのマイクロピラーを用いた試験では新たに層状構造を有するSiCの力学特性に取り組み，この結果SiC中では予想に反しキンクが形成しないことが見出された．さらにAl/Mg17Al12といったマクロな層状構造を有する共晶合金においても層状組織の制御によりキンク形成，強化が生じることが初めて見出されるなど，ミルフィーユ条件の一部再考が必要である可能性が示唆された．(B)としては，昨年度LPSO相を主相とするMg89Zn4Y7(at.%)押出材にて示唆されたキンク強化のより具体的な定量化を実現すべく，一方向性凝固結晶を用いた二重圧縮試験，すなわち予ひずみを導入した各種力学試験を行った．この結果，キンク強化は導入されたキンク量に依存する形で明確に生じ，300℃程度まで有効に寄与すること，クリープ挙動に対しても強化が有効であること，予ひずみ導入温度，その後の熱処理等により，強化挙動が影響を受けること等，具体的な強化機構解明に向けた多くの新規知見が明らかとなった．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
上述のように，研究成果としては昨年度の成果を有効に活用することで当初の想定を上回るペースで多くの新規知見が得られており，極めて順調に計画が進捗している．またこれに加え，大学の垣根を越えた密接な共同研究実施も引き続き実施し，具体的には班内の参画研究者による三回の研究会を開催，またそれとは別にA02-2班との共催研究会，さらに他班への研究会にA02-1班から四回の出席を行うことで， グループ間の垣根を越えた議論を行っている．その成果として本年度においてもA01班との共同研究による論文発表を新たに行うなど当初想定を超える，多くの成果が既に得られている．
この成果の一つとして，A04班と連携した検討により，本年度ミルフィーユ構造材料を新たに，結晶構造としてミルフィーユ構造を有する「構造型」，マクロレベルで二相の積層からなる「組織型」に新たに分類した．この新規概念の下，今後A01班，A04班との緊密な連携により，これまでとは別種の手法により作成した非金属系を含むミルフィーユ材料の力学特性についても検討を進めることで，本プロジェクトの目的である「ミルフィーユ条件解明」に到達できるものと強く期待できる．またキンク強化機構解明に向けても，昨年度疲労挙動に及ぼす影響も新たに明らかになるなど（詳細は業績参照），当初予定を超える速度で着実な研究進展がなされている．
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| Strategy for Future Research Activity |
昨年度までの研究により当初の期待通り，適切な構造制御により多種の単相（構造的ミルフィーユ），複相（組織的ミルフィーユ）材料にてキンク誘導を実証・実現した．ただし，すべてのミルフィーユ材料でキンクが形成され，強化されるわけではないことも明らかとなった．A01, A04といったミルフィーユ材料創成班との連携のもと，従来とは異なる組織的特徴を持つ層状材料，金属基以外の層状材料へも力学調査の幅を広げることで，最終目的である「一般的ミルフィーユ条件」解明へとつなげるべく検討を行う．具体的には，マイクロピラーを用いた検討では， Mg-LPSO相中での活動を確認した柱面すべりや錐面すべりについて，引き続き単結晶マイクロピラー圧縮試験と走査透過電子顕微鏡法を駆使した微細構造観察により詳細な解析を行い，それらがキンク組織発達挙動や強化機構に及ぼす影響について調査を進める．さらにこれに加え新たに見出された各種「組織的ミルフィーユ材料」についても同様に研究を進めることで，「組織的ミルフィーユ材料」におけるキンク形成条件，形成機構についての検討を行う．また本年度までに確立した三次元その場観察において，同時に計測するAE波形に対し逆問題解析を行うことで，AE 発生源の規模やモードの導出，さらに撮影した画像に対するデジタル画像相関法によるひずみ分布の算出を行うことで，キンク形成モデルの精緻化を目指す．さらに同様のアプローチを他のミルフィーユ材料群に対しても適応することで，材料に依存した形成機能変化の有無について検討する．さらにキンク強化機構解明においてはMg/LPSO二相合金の体積率比，組織形態の制御が力学特性，キンク帯形成挙動に与える寄与を明らかにすることで，「組織制御」の観点からもミルフィーユ材料の高強度化を制御する指針を解明する．
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| Remarks |
本研究成果による学協会での本年度の受賞件数：２件
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