2015 Fiscal Year Research-status Report
汎用型高強度チタン合金焼結材のナノ・原子レベル組織設計に基づく高機能化
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15K06502
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| Research Institution | Nagaoka University of Technology |
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Principal Investigator |
本間 智之 長岡技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (50452082)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | Ti合金 / ω相 / 時効析出 / TEM / EDX / 硬さ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、①安価で調達が容易な汎用型元素およびTiH2粉末を利用した低コスト化、②エネルギー分散型X線分光や電子エネルギー損失分光を併用した先端分析電子顕微鏡によるO（酸素）分布状態の解析に着目し、Ti-Fe-Zrをベースとした焼結材を用いた実験により、高強度・高延性Ti合金焼結材の組織制御技術を構築することを目的としている。
平成27年度は、Ti-5Fe-5Zr（wt.%）を標準組成とし、焼結条件の最適化および熱処理条件の最適化を行い、既存のTi-6Al-4V（wt.%）合金のビッカース硬さを上回る強度の向上に成功している。最適時効条件として、640℃で短時間の時効を施すことで、450を越えるビッカース硬さをZr添加合金で得ることに成功した。また、時効初期には、球状のω相が析出し、時効時間の増加とともにα相が支配的になる様子も確認している。α相の界面に元素の偏析が起こり、これにより高い強度が維持されることを見出した。
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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
Zr添加の影響を確認するため、実験はTi-Fe-ZrおよびTi-Fe合金で比較実験を行っており、双方の実験条件の最適化に少し時間を要している状況である。特に焼結条件は、ボールミル、焼結温度、焼結時間、焼結圧力、冷却条件などがあり、複数のパラメータを最適化させるために時間を要した。また、コスト削減を念頭に、ボールミルを用いた微粉末への強加工は省略することを決定した。最適な時効硬化性を発現させるために、溶体化処理条件および時効処理条件を検討しているが、こちらについても多くのパラメータを振る必要があるため、条件出しに時間を要した。
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| Strategy for Future Research Activity |
時効析出後にω相が生成し、最高硬さが得られているが、一般的にω相の析出は延性を低下させることが知られているため、引張試験を行う必要がある。しかし、焼結材の大きさがφ30、高さ15程度の大きさであるため、引張試験時にチャックで板状試料を挟むことが難しく、焼結材の寸法を大型化することで対応することを検討している。焼結材の寸法を変更した場合、焼結まま材の組織への影響が懸念されるため、焼結後の時効処理による組織変化を再確認する必要がある。また、TiH2添加の効果を検討する予定である。
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| Causes of Carryover |
これまで実験に用いてきた焼結材から引張試験片を切り出し、引張試験に供することが難しいことがわかっている。この原因は引張試験片サイズが小さ過ぎるためであり、チャックのつかみ部で試験片をしっかりとつかむことができない。このため、予定していたビデオ伸び計の購入を延期し、年度末に急きょ焼結試料の大型化を検討することになった。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
焼結材の大型化には成功しているが、焼結材の大小により、ミクロおよびナノ組織にどのような影響があるのか検討を行う必要があり、組織因子に大きな差が無いことを確認した上で引張試験片のサイズの再検討を行い、試料に十分に荷重が伝達できるか確認する。確認ができてから、標点距離が十分測定可能な伸び計の選定を行う予定である。
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