粒界設計制御工学的手法にもとづく脆性材料の強靭化に関する研究

1992 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 02452241
• Research Institution: TOHOKU UNIVERSITY
• Principal Investigator: 渡辺 忠雄 東北大学, 工学部, 助手 (40005327)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 及川 洪 東北大学, 工学部, 教授 (30005243)
• Keywords: 粒界設計制御 / 粒界性格分布 / 粒界脆性制御 / 高融点金属 / 脆性多結晶材料 / 金属間化合物 / 強磁性脆性合金 / N_<i3>Al

Research Abstract

最終年度にあたり、過去2年間の高融点金属、金属間化合物、規則強磁性合金の粒界性格分布の制御に関する基礎的研究で得られた成果をもとに、本研究を発展させるべく次の2つの実験的研究がなされた。
(1) 脆性多結晶材料の粒界脆性制御に粒界性格分布の制御が極めて有効であることが金属間化合物Ni_3Al多結晶体において確かめられたが、多結晶体の脆性を決定するもう一つの重要な因子として、粒界クラックの伝播を支配する性格の異なる粒界の幾何学的配置がある。そこで粒界の幾何学的配置を粒界性格と関連付けうる粒界三重線の性格およびその分布を調べるための解析方法を開発した。この方法を用いてNi_3Al多結晶体の粒界三重線性格分布を実験的に決定した。その結果、高延性を示した一方向凝固試料では、歪を伴わないエネルギー的に安定なI型粒界三重線が70%以上の高頻度で存在するのに対して、顕著な粒界脆性を示した加工再結晶試料ではI型粒界三重線の頻度がほぼ半分以下に低下し、逆に歪エネルギーの高いU型三重線が高頻度で存在すること、そして粒界性格分布と粒界三重線分布との間に強い相間関係のあることが見出された。このことから、粒界性格分布の制御が粒界脆性の制御の最も重要な組織因子であることが確認できた。
(2) 多結晶材料の微細組織を構造する重要な組織因子の粒界性格分布を制御する方法の一つとしてとりあげた加工熱処理法の基本的過程である結晶粒成長と粒界性格分布との関連を、高純度鉄(99.999%)に微量の硫黄(S)を添加したF_e-S合金多結晶体で調査した。その結果、微量のSの存在が粒界性格分布、とくに低角度粒界の存在頻度に大きく影響することが明らかにされ、セイクロアロイングによる組織制御の重要な組織因子として粒界性格分布を用いうることが確かめられた。

Research Products

• [Publications] T.WATANABE: "Grain Boundary Character Distribution (GBCD) Analysis of Graiin Growth Related Phenomena in polycristallive Materials" Materials Science Forum. 94-96. 209-220 (1992)
• [Publications] T.WATANABE: "The Importance of Grain Boundary Charactor Distribution (GBCD) to Recngstallization Groin Growth and Texture" Scripta Metallurgica et Materialia. 27. 1497-1502 (1992)
• [Publications] 渡辺 忠雄: "結晶界面の性格・構造と性質の相関の材料設計への応用" 日本金属学会会報. 31. 138-145 (1992)
• [Publications] 渡辺 忠雄: "結晶粒成長に係わる諸問題と粒界" 材料科学. 29. 263-270 (1992)
• [Publications] T.WATANABE: "Grain Boundary Design for Adianced Materials on the Basis of the Relationship between Texture and Grain BoundaryCharacter Distribution (GBCD)." Textures and Microstructures. (1993)
• [Publications] T.WATANABE: "Toughening of Brittle Materials by Grain Boundary Design and Control" Materials Science Forum. (1993)