2018 Fiscal Year Annual Research Report
Ferrous Structural Superelastic Alloys-New Stage of Shape Memory Materials-
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15H05766
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
貝沼 亮介 東北大学, 工学研究科, 教授 (20202004)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
大沼 郁雄 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 (20250714)
荒木 慶一 名古屋大学, 環境学研究科, 教授 (50324653)
大森 俊洋 東北大学, 工学研究科, 准教授 (60451530)
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| Project Period (FY) |
2015-05-29 – 2020-03-31
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| Keywords | 超弾性 / 形状記憶合金 / マルテンサイト変態 / 鉄合金 / 組織制御 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、Fe-Ni-Co-Al(FNCA)基およびFe-Mn-Al(FMA)基合金が抱える材料学的諸問題（特に線材・棒材化）を解決し、建築・土木や機械・自動車産業で求められる比較的大型かつ低廉な構造用超弾性部材への適用を目指す。これらの目的を達成するために、本年度は以下の研究を行った。
①粒界析出の抑制では、状態図計算や実験の結果NiAl相の相安定性を低下させることで析出を抑制することは困難であり、FNCATB合金では粒界析出を抑制することが現実的に不可能であることが判明した。一方、FMAN合金では、油焼入れなど冷却速度を制御することで割れがある程度抑制できることが判明した。②整合析出制御では、FNCATB合金、FMAN合金共に、5～10nm程度のナノ析出サイズにおいて超弾性特性が最も良好であることが判明した。また、室温時効の影響は殆ど無いことを確認した。③結晶粒径および集合組織制御では、FNCATB合金では異常粒成長は殆ど生じないことが判明する一方、FMAN合金の単結晶化に取り組み10ｃｍ程度の結晶粒を得るためのサイクル熱処理条件を明らかにした。また、超弾性特性の結晶方位依存性が強いことも分かった。④実用可能性評価では、前年度サイクル熱処理中の酸化防止のために作製したFMANにCrを添加した合金について、その超弾性特性を評価した。その結果、Cr添加材では超弾性応力の温度依存性が殆ど消失することが判明した。⑤析出型超弾性であるFe合金の基本特性をより深く理解するために、規則型超弾性であるCu系、TiNi系についても特に析出に関連した研究を行い、析出の超弾性への影響を調査した。
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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
①粒界析出の抑制に関しては、FMAN合金において粒界破壊の防止についての糸口がつかめた。
②整合析出制御に関しては、当初計画の通り最も良好な析出サイズを明確にできた。
③結晶粒径および集合組織制御に関しては、当初計画の通りFMAN合金において大きな単結晶を得ることができた。
④実用可能性評価に関しては、Cr添加材を用いることで大気中でのサイクル熱処理に関しての対策の糸口が得られた。
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| Strategy for Future Research Activity |
今まで得られた結果から、FNCATB合金では粒界析出の問題解決は容易ではなく、異常粒成長の利用も難しいことが判明した。そこで最終年度であるH31年度は、研究対象をFMAN系に絞り込み、FMAN合金において残された課題の解決を図る。
①粒界析出の抑制：粒界破壊の抑制についてはおおよそ解決の糸口が見えてきたが、単結晶でも焼入れ中に試料表面からへき開破壊する場合も見られることが分かった。今年度は、最終熱処理や焼入れ条件についてさらに検討しこの様なクラックの導入を防止する方法を確立する。②整合析出制御： FMAN合金において、超弾性の繰返し特性を調査したところ、10回程度で劣化することが判明している。そこで、析出物の量やサイズを精密にコントロールし、100回以上繰り返し可能なレベルまで疲労特性の向上を図る。③結晶粒径および集合組織制御：FMAN合金の単結晶化に取り組み30ｃｍ以上結晶粒を得るためのサイクル熱処理条件を明らかにする。また、超弾性特性に大きな影響を及ぼす結晶方位制御について加工熱処理条件を変えて調査する。④実用可能性評価：共同研究をしている素材メーカーに製造技術の移転を行い、量産体制の確立を支援する。また、名古屋大学、宇都宮大学と共同で土木・建築部材への具体的な用途を検討する。⑤Fe系以外への適用：析出型超弾性の特性理解が進んできたので、規則型超弾性であるCu系超弾性合金にナノ析出させることで規則型+析出型ハイブリッドタイプの超弾性合金とし、その繰り返し特性について調査する。
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