2016 Fiscal Year Research-status Report
非固溶性不純物原子が転位の溶質雰囲気引きずり運動と熱間延性に及ぼす影響の解明
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15K06494
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| Research Institution | Kagawa National College of Technology |
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Principal Investigator |
伊藤 勉 香川高等専門学校, 機械工学科, 准教授 (00409038)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
本間 智之 長岡技術科学大学, 工学研究科, 准教授 (50452082)
水口 隆 愛媛大学, 理工学研究科(工学系), 准教授 (00462515)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 熱間延性 / 金属固溶体 / 第2相粒子 / 溶質雰囲気引きずり運動 / 空洞欠陥 / 不純物原子 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
当該年度は昨年度の成果を基に，組織観察を中心に研究を進めた．供試材として，Al-Mg合金（以下，基本合金）を基準とし，それに非固溶性元素としてMn単体，Cr単体および，MnとCrを同時添加した3種類のモデル合金の圧延板を作成した．基本合金および，3種類のモデル合金の高温引張試験を大気中，温度範囲673-723K，初期ひずみ速度範囲0.01-0.1(1/s)において実施し，高温延性，高温変形機構の同定，および組織観察を実施した．基本合金および，モデル合金の圧延ままの平均結晶粒径は約20 μmであり，微細結晶粒超塑性変形の主たる変形機構である粒界すべりは，生じにくいミクロ組織から構成されている．また，EDX分析の結果，基本合金ではSi単相，Mn単体添加合金ではMnとFe系，Cr単体添加合金ではFe系，Mn，Cr同時添加合金ではMnとFe系の化合物相が検出された．基本合金で観察される第2相粒子の面積率は約3%であるのに対し，モデル合金で観察されるそれは約8%となり，意図的に非固溶性不純物原子を添加したモデル合金での第2相粒子の面積率が多い．さらに，Mn添加合金とMnおよびCrの同時添加合金のミクロ組織は，熱的に安定であり20 μm程度の結晶粒径を維持しているが，基本合金とCr添加合金では温度698K以上では熱的に不安定となり，約300 μm程度の粗大粒に成長する．すべての合金でミクロ組織が熱的に安定である温度673Kでの熱間延性を比べると，いずれの初期ひずみ速度でも250-300%の巨大伸びが観測される．その高温変形機構はAl原子中のMg原子の相互拡散に律速された溶質雰囲気引きずり機構であった．高温変形に伴う空洞欠陥の面積率測定の結果，空洞欠陥の成長速度は，基本合金，Cr添加合金，Mn添加合金，MnとCrの同時添加合金の序列で早くなることが分かった．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
当該年度はAl-Mg基本合金および3種類のモデル合金について高温引張試験を実施し，熱間延性と高温変形機構の同定，および空洞欠陥形成に関する組織観察を行い，非固溶性不純物原子によって形成される第2相粒子が存在しても250-300%の巨大伸びが得られるが，空洞欠陥形成の成長に影響することを明らかにした．この結果は，非固溶性不純物原子によって形成される第2相粒子が本合金の主たる高温変形機構である転位の溶質雰囲気引きずり運動を停止することで，第2相粒子周りに応力集中を招き，それが空洞欠陥形成を促進するという予測を裏付けるものである．一方，本研究の最終目的は，このような空洞欠陥の発生に及ぼす第2相粒子の種類およびサイズの影響を精査することであるが，年度途中に高温引張試験機の故障により若干進捗に遅れが出ている．
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| Strategy for Future Research Activity |
次年度は高温変形中の空洞欠陥形成に及ぼす第2相粒子の種類とサイズの影響について精査してゆく．その手法としては，第2相粒子周囲でのEBSP観察や，透過型電子顕微鏡による第2相粒子周囲における転位の集積や拡散による応力緩和（転位の合一消滅）を直接観察することにより，空洞欠陥形成（熱間延性）に及ぼす第2相粒子の影響を解明してゆく．ただし，当該年度の結果より，合金によっては温度698K以上ではミクロ組織が熱的に不安定で粒成長を生じやすいことが明らかとなったため，ミクロ組織が熱的に安定である温度673Kでの高温変形における組織観察に限定し研究を遂行してゆく．さらに，最終的には，Needlman-Riceパラメータを用い，空洞欠陥が形成されやすい臨界粒子サイズを実験および理論的側面から検討し，素材精錬における不純物原子（第2相粒子）の制御手法を提案する．
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| Causes of Carryover |
本研究では高温引張試験による熱間延性，高温変形機構の同定，変形組織の観察を中心に実験を行う内容である．しかし，年度途中に主要な実験装置である高温引張試験機が故障し，メーカと修理日程の調整の結果，当該年度内でのメーカーのスケジュール調整がつかず，次年度に修理を行うことになった．この理由のため，次年度の装置修理費用として当該年度の使用を保留した．
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
高温引張試験機の修理，および，高温引張試験，組織観察の消耗品費，成果報告旅費として使用する．
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Research Products
(7 results)
