ECAE法による超微結晶Al-Mg-Sc合金の熱的安定性の向上と疲労特性の評価

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14550652
• Research Institution: Kanazawa University
• Principal Investigator: 門前 亮一 金沢大学, 工学部, 教授 (20166466)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 渡邊 千尋 金沢大学, 自然科学研究科, 助手 (60345600)
• Keywords: Al-Mg-Sc合金 / ECAE加工 / 熱的安定性 / 超微細結晶粒 / 疲労挙動 / 転位組織 / Al_3Sc整合析出粒子

Research Abstract

本研究では,側方押し出し加工(ECAE)によって得られた,サブミクロンサイズの結晶粒径を持つAl-Mg-Sc合金超微細結晶粒材料を用いて,焼鈍に伴う組織変化と機械的特性特として引張特性・低サイクル疲労特性を調査し,以下のような結果を得た.
(1)Al-Mg合金に少量のSc添加によって,超微細結晶粒組織の熱的安定性は著しく改善し,再結晶温度が250℃から300℃以上に上昇する.
(2)結晶粒内・粒界上に析出したAl_3Sc析出物によって粒界移動は強く抑制され,300℃で最長60日の焼鈍後も1μm以下の微細結晶粒を保持していた.
(3)焼鈍に伴う微視組織観察と集合組織観察結果より,結晶粒の成長に関わらず方位は変化しない連続再結晶によって微細結晶粒の成長が起こることを明らかにした.
(4)結晶粒サイズとAl_3Sc析出物のサイズの間には線型関係が成り立ち,結晶粒径はZenerによる第二相存在下における臨界結晶粒サイズにおおむね一致し,Al_3Sc析出物の粗大化成長によって支配されることを明らかにした.
(5)(1)〜(4)の組織観察結果より得られた知見を基に超微細結晶粒材料に焼鈍を施し,硬さが最高となる熱処理を施した試料の機械的性質の調査を行った.ECAE加工後の試料では降伏応力は熱処理を施した試料と比較して高い降伏応力を示すが,均一伸びはほとんど示さず降伏後直ちにネッキングを起こし破断する.一方,熱処理後の試料においては若干降伏応力は小さくなるが,均一伸び・破断伸びは大幅に改善する.微視組織観察より,ECAE加工後の試料は強化工により導入された高密度の転位により強度は非常に高くなるが,塑性変形により容易に動的回復・再結晶によって,機械的性質は低下するのに対して,熱処理後の試料は結晶粒内に微細に析出したAl_3Sc析出粒子によって,転位の運動・再配列は阻害され変形が均一となったために大きな伸びの改善が得られたと結論される.
(6)熱処理による超微細結晶粒材料の引張特性の改善から低サイクル疲労寿命の改善が期待されたが,熱処理を施した試料の疲労寿命はECAE加工のままの試料よりも低下した.これは熱処理試料中の整合Al_3Sc析出粒子が繰り返し変形中に転位によるせん断を受け,析出硬化への寄与が失われたためであると理解できる.

Research Products

• [Publications] C.Watanabe, C.Y.Jin, R.Monzen, K.Kitagawa: "Low-cycle fatigue behavior and dislocation structure of an Al-Mg-Sc alloy"Materials Science & Engineering A. (in press).
• [Publications] C.Watanabe, K.Kondo, R.Monzen: "Coarsening of Al_3Sc precipitates in an Al-Sc alloy"Metallurgical and Materials Transactions A. (in press).
• [Publications] C.Watanabe, Y.Taniguchi, R.Monzen: "Microstructure evolution of an ultrafine-grained Al-Mg-Sc alloy during annealing"Proceedings of the 8th Asia-Pacific Conference on Electron Microscopy. (in press).