2016 Fiscal Year Annual Research Report
Materials design based on fundamental understanding of peculiar mechanical properties of bulk nanostructure metals
| Project/Area Number |
15H05767
|
|---|
| Research Institution | Kyoto University |
|---|
Principal Investigator |
辻 伸泰 京都大学, 工学研究科, 教授 (30263213)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
佐藤 眞直 公益財団法人高輝度光科学研究センター, 産業利用推進室, 副主席研究員 (30360837)
Stefanus Harjo 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 J－PARCセンター, 研究副主幹 (40391263)
柴田 曉伸 京都大学, 工学研究科, 准教授 (60451994)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2015-05-29 – 2020-03-31
|
| Keywords | 構造用金属材料 / 超微細粒 / 強度 / 延性 / 粒界 / 加工硬化 / 変形双晶 / マルテンサイト変態 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、バルクナノメタルが示す種々の特異な力学現象、すなわち、(1)金属・合金の種類によらず普遍的に現れる降伏点降下現象。(2) Hall-Petch関係におけるextra-hardening、(3)加工軟化と焼鈍硬化、(4)室温におけるひずみ速度依存変形、(5)巨大なバウシンガー効果、(6)六方晶における不活性すべり系の活性化、(7)変形双晶および変形誘起マルテンサイト変態の安定性の顕著な変化、などを統一的に理解することを目的とする。得られる実験的成果をもとに、高い強度と大きな延性・靭性を具備する次世代構造材料としてのバルクナノメタル創製のための材料設計原理を基礎的に明らかにする。
平成28年度には、京都大学、J-PARC、SPring-8の各機関で前年度までに整備を行った実験環境を用いて計画していた研究を実施した。研究代表者が開発し、また前年度に獲得した複数のプロセス技術によって、質の高い組織制御を施された様々なバルクナノメタルを作製することに成功し、超微細粒組織の形成機構を一部明らかにした。得られたバルクナノメタルが示す種々の特異力学現象の発現条件および材料組織との関係を系統的に調査した。降伏現象と加工硬化に注目し、デジタル画像相関法（DIC）、SPring-8の放射光X線回折を用いた転位密度等のその場測定、J-PARCにおける中性子その場回折による変形機構の解明などの手法を駆使した実験を行なった。特異現象(1), (2)が生じる新たな金属・合金系を発見するとともに、特異現象(5), (6)に関する複数の興味深い成果を獲得した。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
当初予定の特異現象に関する実験を順調に実施し、幅広い実験結果を獲得することができた。また、超微細粒純チタンでは通常活動しない<a+c>転位の活動が活性化し、加工硬化が増進して高い強度と大きな延性が両立されるなど、当初予期していなかった興味深い結果が得られ、特異現象解明に向けて大きく前進している。得られた成果を、国内学会・国際会議発表38件、学術雑誌論文12件として発表することができた。これらの多くは研究室の大学院生や若手ポスドクによるものであり、先端的な研究を通じて若手人材育成にも貢献できた。
|
| Strategy for Future Research Activity |
研究代表者が開発し獲得したプロセス技術によって、質の高い組織制御を施された様々なバルクナノメタルを作製した上で、それらが示す種々の特異力学現象の発現条件（材料の種類を含む）および材料組織との関係を系統的に明らかにする。降伏現象と加工硬化に注目し、デジタル画像相関法（DIC）、SPring-8の放射光X線回折を用いた転位密度等のその場測定、J-PARCにおける中性子その場回折による変形機構の解明などの手法を駆使して、微細結晶粒からなる多結晶体の変形挙動を統一的に理解できる理論を構築する。
平成29年度は、バルクナノメタルが示す７つの特異現象、(1)金属・合金の種類によらず普遍的に現れる降伏点降下現象、(2)Hall-Petch関係におけるextra-hardening、(3)加工軟化と焼鈍硬化、(4)室温におけるひずみ速度依存変形、(5)巨大なバウシンガー効果、(6)六方晶における不活性すべり系の活性化、(7)変形双晶および変形誘起マルテンサイト変態の安定性の顕著な変化の全てに関する実験研究を実施する。特異現象(1)と(2)に関しては、これまでの材料に加え、高エントロピー合金および高MnTWIP鋼に関する実験研究をこれまでと同様の手法を用いて開始する。特異現象(3)に関しては、試験片中の帯状不均一変形に特に注目し、軟化の機構を解明する。特異現象(4)に関しては、純マグネシウムを用い、ひずみ速度依存変形が開始する臨界粒径を明らかにする。特異現象(5)に関しては、放射光および中性子その場回折実験により、粒応力の粒径依存性を調査する。特異現象(6)および特異現象(7)に関しては、六方晶純チタンおよびFe-Ni-C合金をそれぞれ用いて、特異すべりの発現あるいは変形誘起マルテンサイト変態に及ぼす粒径の影響を解明する。
|
