2019 Fiscal Year Annual Research Report
Breakthrough toward "second-generation" grain boundary engineering
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16H06366
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| Research Institution | Kumamoto University |
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Principal Investigator |
連川 貞弘 熊本大学, 大学院先端科学研究部(工), 教授 (40227484)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
大村 孝仁 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 構造材料研究拠点, 副拠点長 (40343884)
小林 重昭 足利大学, 工学部, 教授 (00323931)
井 誠一郎 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 構造材料研究拠点, 主幹研究員 (60435146)
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| Project Period (FY) |
2016-05-31 – 2021-03-31
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| Keywords | 結晶・組織制御 / 粒界 / 粒界工学 / 転位 / ナノインデンテーション / TEMその場変形 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
平成30年度に引き続き，(1)塑性変形に対する粒界の役割に関する研究，(2)粒界制御プロセスの新指導原理の確立に関する研究を行った。令和元年度に得られた主な成果は下記の通りである。
1. 方位制御したMg双結晶を用いてナノインデンテーション試験を行った。小傾角粒界においては、転位発生の臨界応力は相対方位差に依存せず、応力の値も粒内と大差無く転位発生の優先サイトとしては作用しないこと、一方、粒界を越えて隣接粒へ転位が伝播する抵抗力を反映する2nd pop-inの発生荷重は粒界の相対方位差とともに連続的に大きくなることが明らかとなった。
2. 第一原理計算引張り試験を(210)Σ5粒界を有するAl双結晶および単結晶について行った。計算より得られた応力-ひずみ曲線からヤング率を計算した結果、単結晶75 GPa、双結晶68 GPaであった。計算で求められた単結晶のヤング率は実測値の79 GPaとほぼ一致した。複合則を仮定して粒界のヤング率を評価した結果、(210)Σ5粒界のヤング率は51 GPaと評価され、単結晶の弾性率と比べて70 %程度の値であることが明らかとなった。
3. 高積層欠陥エネルギー材料に対する粒界制御方法の検討：前年度までに、SUS430鋼に対して低角粒界導入型粒界制御の基本指針が得られ、高サイクル疲労特性の向上に対する有効性を明らかにした。しかしながら、制御試料の転位密度が高い状態にあったため耐腐食性に問題があった。そこで、転位密度を低減するための改良プロセスを探索した結果、高頻度の低角粒界を維持したまま、転位密度を低減できるプロセスを見出した。これにより、疲労特性とともに耐粒界腐食性も備えたSUS430鋼の開発に成功した。
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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
概ね計画調書に沿って順調に進行しており当初計画の変更はない。研究目的の達成は可能と見込まれる。
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| Strategy for Future Research Activity |
概ね研究計画調書で提案した計画通り進行していることから，今後の計画に大幅な変更はない。具体的には下記の通りである。
(1) 粒界近傍における局所力学特性評価：純アルミニウム双結晶に加え，結晶異方性の高い六方晶金属(Zn, Mg)の双結晶を用いた研究を継続して行うとともに、これまでの成果を論文として公表する。
(2) 粒界近傍における転位挙動と力学応答との関係：TEMその場変形解析をAl双結晶,Mg双結晶および超微細粒IF鋼に対して成功しており，粒界を越えて隣接粒へ転位が伝播する際の臨界応力や粒界転位源の活性化応力の定量的解析、応力ーひずみ曲線に現れる力学応答と粒界ー転位相互作用との関連について明らかにしている。今後はこれらの成果についても論文として公表する。
(3) Hall-Petchの関係に及ぼす粒界性格分布の影響：ナノインデンテーション試験の結果、粒界からの転位発生応力、あるいは粒界を越えた転位の伝播応力は粒界性格・構造に依存することが実験的に明らかとなった。したがって、Hall-Petch係数は粒界性格分布に依存する可能性が高いと推察されるため、実験的な検証を行う。
(3) 粒界面制御型粒界工学の有効性の検証：粒界面の再配向を利用して低エネルギー粒界を高頻度に導入することが可能であるか否か、実験的に「粒界面制御型粒界工学」の実証を行う。
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