2015 Fiscal Year Research-status Report
第一原理計算に基づいた強度と延性に優れたアルミニウム合金の開発
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15K21294
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| Research Institution | Osaka Prefecture University |
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Principal Investigator |
上杉 徳照 大阪府立大学, 工学(系)研究科(研究院), 講師 (10405342)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 第一原理計算 / Al合金 / 高強度 / 高延性 / 粒界強化 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では第一原理計算の合金設計に基づいてアルミニウム合金の高強度・高延性化を目指す。これまでに第一原理計算により、Alに対して粒界に偏析し、かつ粒界強化を大きく見込める元素としてZrが予測され、この予測を基に高濃度Mgにより固溶強化し、Zrの粒界強化により高延性化を狙ってAl-8Mg-0.2Zr合金が開発されている。平成28年度には第一原理計算に基づいて開発されたAl-8Mg-0.2Zr合金に加工硬化、熱処理、結晶粒微細化強化を加え高延性を保ったまま高強度化を目指した。その結果、加工硬化により強度は増加したが延性は減少することが明らかになった。加工後の熱処理については、350℃以上で熱処理した試料は商用Al合金の強度と延性のトレードオフの関係を上回ったが、加工まま材や300℃以下で熱処理した試料は強度には優れていたが、延性が大きく低下した。高延性を保つためには、再結晶が完了する350℃以上で熱処理を行う必要があることが明らかになった。結晶粒微細化強化にはECAE(くり返しせん断変形)とFSP（摩擦撹拌プロセス）を用いた。ECAEを行った試料は高強度を示したが、加工組織が残り動的再結晶はほとんど起こっておらず、延性は減少した。FSPを行った試料は動的再結晶が起こり、粒径1.2 μmまで微細化しており、伸び40%という高延性を保ったまま、引張強度435MPaという高強度化を達成できた。Zr添加による粒界強化つまり高延性を発現するには、静的もしくは動的に再結晶が完了した微細組織が必要であることが明らかになった。
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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
Al-8Mg-0.2Zr合金に加工硬化と結晶粒微細化強化の効果を調査しており、おおむね計画通りに進捗している。また、第一原理から予測されたZr添加による粒界強化が起こる条件、つまり高延性を発現する条件は、再結晶が完了した組織を有することであると見出しており、今後は順調に研究を進めることができると考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成27年度に引き続き FSP による結晶粒微細化とその機械特性評価を行うが、優れた強度と延性の両立を果たすことができる Al-8Mg-0.2Zr 合金の不純物濃度の上限を明らかにする。不純物濃度を変化させたAl-8Mg-0.2Zr合金について強度・延性バランスを調査し、強度と延性の両立を果たすことができる不純物濃度の上限を明らかにする。その結果、現状では高純度 Al 地金を用いているために高価な Al-8Mg-0.2Zr 合金を工業的に安価に提供するための可能性を探る。また、Al-8Mg-0.2Zr合金 にβ相を析出させた時効硬化後の強度・延性バランスについても調査する。
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