第3周期遷移金属-アルミニウム-炭素系上のL1_2-E2_1相の相安定性と機械的性質

1998 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 09750770
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 細田 秀樹 東北大学, 金属材料研究所, 助手 (10251620)
• Keywords: L1_2相 / E2_1相 / 相安定性 / 機械的性質 / メカニカルアロイング / 加工硬化 / Brewer型状態図 / 格子定数

Research Abstract

第3周期遷移金属Mの組成を周期律表に沿って変化させたM:(Ti,Cr-Cu)-Al-C系におけるL1_2-E2_1相の相安定性と機械的性質を明らかにすることを目的とした.E2_1相の化学量論組成であるM:Al:C=3:1:1の合金はメカニカルアロイング(MA)後にホットプレスによる焼結により安定に得られ,これを用い実験を行った。
相安定性として,以下を明らかとした.(1)L1_2-E2_1固溶体は遷移金属の組成でCr:Mn=1:2からCu:Ni=1:2まで連続的に存在する.ただし,(Fe,Co)-Al-C系ではB2(bcc)相の相安定性が高く,高温ではE2_1相は分解しやすくなる.(2)格子定数は合金組成変化と線形関係にあるが,詳細には遷移金属原子寸法と侵入型原子濃度に依存する.(3)遷移金属元素の電子数が少ないほどE2_1相中の飽和炭素濃度は高い.(4)これらの結果を基に,多元系Brewer型状態図であるPillar Diagram上にE2_1-L1_2相存在領域を記述した.
E2_1相を含む合金の機械的性質は関して,以下を明らかとした.(1)降伏応力は室温では数GPaと高くかつそれが700℃程度まで保たれる.(2)400-800℃程度で強度の逆温度依存性が見られ,特にそれは加工硬化で顕著である.(3)室温でも多少の塑性変形能を有する.(4)高温では流動応力にひずみ速度依存性を有する.結晶構造の類似性から,E2_1合金の強度の逆温度依存性はL1_2のそれと類似する機構によるものと考えられる.これらより,E2_1M_3AlC基合金は構造用材料として有望であると結論できた.
侵入型元素によるL1_2類似構造(E2_1)安定化と置換型添加元素によるL1_2安定化と比較するため,L1_2Al_3Tiと連続固溶体を形成すると思われるL1_2Zn_3TiをMAにより作製し,相安定性と機械的性質を調べた.

Research Products

• [Publications] K.Suzuki: "Mechanical Properties of E2_1(Me,Fe)_3A1C-Base Alloys" High-Temperature Ordered Intermetallics Alloys VIII,Materials Research Society Symposia Proceedings. (in press). (1999)
• [Publications] H.Hosoda: "Continuous Solid of k-phase in the Third-Period Transition Metals-Aluminum-Carbon Pseudo-Ternary Systems" High-Temperature Ordered Intermetallics Alloys VIIIMaterials Research Society Symposia Proceedings. (in press). (1999)
• [Publications] H.Hosoda: "Mechanical Properties of L1_2 Type Zn_3Ti-Base Alloys" High-Temperature Ordered Intermetallics Alloys VIII,Materials Research Society Symposia Proceedings. (in press). (1999)