2016 Fiscal Year Research-status Report
低パス回数ＥＣＡＰによるステンレス鋼への高密度ナノ双晶導入とその力学的特性
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15K06510
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| Research Institution | Osaka City University |
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Principal Investigator |
兼子 佳久 大阪市立大学, 大学院工学研究科, 教授 (40283098)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
内田 真 大阪市立大学, 大学院工学研究科, 講師 (90432624)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 強ひずみ加工 / ステンレス鋼 / マグネシウム合金 / 引張変形 / ECAP |
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| Outline of Annual Research Achievements |
Equal Channle Angular Pressing(ECAP)加工したステンレス鋼では引張強度は高いが，延性が低下するという問題点がある。この問題を解決するために，本課題ではECAP加工の前後で熱処理を施し，延性改善の報告があるナノ双晶密度を増加させることで解決を目指している。H28年度は，一般的なステンレス鋼であるSUS304L鋼に対して，ECAP加工・熱処理を繰り返し行った。２パス加工を施した304L鋼のTEM観察では，1パス目と2パス目で形成されたと考えられるナノ双晶が高角度で交差して存在することが確認された。1パス目と2パス目の間に中間熱処理を施すと600℃までの中間熱処理条件ではナノ双晶の形成数に変化はなかったが，700℃以上では1パス後の再結晶に起因するナノ双晶密度の低下が見られた。引張試験においては，600℃の中間熱処理を施すことで単なる2パス材よりも高い引張強度(1150MPa)を示した。ナノ双晶数が低い，700℃以上の中間熱処理では強度の低下が見られた。中間熱処理した2パス材に最終熱処理を施すことで，均一伸びが約7倍程度改善した。
さらに，マグネシウム合金(ZK60A)の低パス回数ECAP加工を新たに試みている。150℃以下の加工温度ではダイのチャンネルに沿った変形をせず集合組織も未加工材とほぼ同じであるのに対し，180℃以上ではダイチャンネルに沿った加工が達成でき，結晶方位も均一に分布することが確認された。１パスのECAP加工では，加工温度が高い方が強度が高くなることも確認できた。EBSD法で結晶粒径を見積もった結果，150℃から200℃加工温度の範囲では結晶粒径は加工温度の増加たともに減少しており，この強度はほぼHall-Petch関係一致していた。
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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
高い強度を有するステンレス鋼に対しては，従来の我々の研究では150℃程度の加工温度では加工圧力が高く，４パス加工などではたびたび加工装置の損傷が生じていた。今回SUS304L鋼を用いた２パスまでの低回数に限定すると，ＥＣＡＰ加工を３０回程度実施してもプランジャー破断のトラブルはなく，低回数であるならばステンレス鋼に対してもECAP加工が繰返し実施できることが確認された。このことは，ステンレス鋼の強ひずみ加工の実用化にとっては，重要な結果であるとかんがえられる。
2パス加工材に対し中間熱処理と最終熱処理を施すことによって，SUS304L鋼のナノ双晶構造などの微視的組織を修正できることが分かった。2パス材の引張強さの中間熱処理温度依存性を調査した結果，600℃の中間熱処理温度の引張強さは中間熱処理なしに比べて高くなることが確認できた。多くの場合，焼鈍は強度低下に繋がるが，今回は強度向上に寄与しており，熱処理による微視的構造の最適化による強度改善の可能性が示唆された。また，最終熱処理では大きな強度低下をともなうことなく，延性が大きく改善することも確認できた。今後は，種々の熱処理で最適化した材料を用いてその疲労特性を調査する。
ZK60Aマグネシウム合金については，当初は低温でのECAP加工を施すと材料の割れが生じていた。しかしながら，ECAP加工前の材料の初期状態を調整することおよび背圧力の導入によって，150℃の低温ECAP加工でも割れが生じない条件を見出すことができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
中間熱処理と最終熱処理によって構造を最適化させたSUS304L鋼を用いて疲労試験を実施する。まずは，応力振幅一定の高サイクル疲労試験を実施し，10,000,000サイクルを基準とした疲労強度を調査し，その実用性を調査する。また，塑性ひずみ振幅一定の低サイクル疲労試験も実施し，強ひずみ加工材によく見られる疲労軟化挙動がこれらの熱処理で緩和できるかどうかを調査する。
ZK60Aマグネシウム合金については，まず8パスまでのECAP加工法を確立する。加工材の微視的構造をEBSD法で確認する。ECAP加工を基本的には180℃で実施するが，より低い150℃での加工も試み，結晶粒のさらなる微細化を目指す。各々のパス回数で引張強度を調査した後，その実用性を検証するために疲労試験を実施する。疲労特性は低サイクル疲労条件でまず調査し，特に疲労軟化挙動に対する微視的構造の影響を検討する。
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