2017 Fiscal Year Annual Research Report
固溶強化と結晶粒微細化強化を併用した析出強化トリプル超ジュラルミンの開発
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16J07050
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
増田 高大 九州大学, 工学府, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2016-04-22 – 2019-03-31
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| Keywords | 巨大ひずみ加工 / アルミニウム合金 / 結晶粒微細化 / 高強度 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
前年度までの研究で、A2024合金に高圧スライド(High-Pressure Sliding)加工を適用し、結晶粒を200 nm以下に超微細化することで引張強度が最大967 MPaに向上することを報告している。そこで今年度は、HPS加工法と比較して、より多量のひずみが導入可能な高圧ねじり(High-Pressure Torsion)加工を利用し、せん断ひずみの導入量と材料強度との関係を系統的に調査することでさらなる高強度化を試みた。その結果、HPT加工に加えて時効処理を施すことで、本研究の目標である1 GPaの引張強度が達成できた。高分解能電子顕微鏡や3次元アトムプローブ分析による微細組織観察の結果、主要添加元素である銅およびマグネシウムが亜粒界を含めた結晶粒界上に偏析することを確認した。また、時効中に溶質原子が結晶粒界上へ集まることで偏析状態がより著しくなることが分かった。さらに、全強度に対する固溶強化、転位強化、結晶粒微細化強化、析出強化による強化量を見積もったところ、溶質原子の亜粒界への偏析によって材料強度が大きく向上することが分かった。
なお、HPT加工を用いて1 GPaの引張強度を達成した成果については、速報版を軽金属学会誌 第67巻 第10号 (2017) pp519-520に公開している。また、研究結果は国内学会（軽金属学会第132回春期大会、第161回日本金属学会、軽金属学会第133回秋期大会）のみでなく、国際学会（国際ワークショップ：フランス、NanoSPD7：オーストラリア、GSAM2017：福岡、TMS2018：アメリカ）でも成果報告をし、NanoSPD7ではYoung Researcher Awardを受賞した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
市販のA2024合金に高圧スライド(HPS)加工や高圧ねじり(HPT)加工を適用することで、引張強度を市販材の2倍以上に向上させることに成功し、HPT加工の利用により本研究で目標とする1 GPaの引張強度が達成できている。さらに、高分解能電子顕微鏡や3次元アトムプローブ分析を用いた微細組織観察の結果をもとに、全強度に対する固溶強化、転位強化、結晶粒微細化強化、析出強化による強化量を見積った。その結果、超高強度化に至るメカニズムは通常の固溶強化、転位強化、結晶粒微細化強化および析出強化のみでなく結晶粒界上への偏析を考慮することによって説明できた。本研究で組織改質したアルミニウム合金は、既存の高強度アルミニウム合金を遥かに超える強度を有しており、超ジュラルミン（Extra Super ジュラルミン）を超える超々々ジュラルミン（Triple Super ジュラルミン）が開発できたとして軽金属学会誌の速報版で公開した。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は研究と並行して、現在までに得られている研究成果を学術論文にまとめる。現在は、HPT加工で達成した1 GPaの引張強度の定量性について論文をまとめているところである。また、銅やマグネシウム以外の他元素の添加による高強度化の可能性も調査している。現在は鉄原子の固溶による強度向上の調査のため、Al-Fe二元系合金に高圧ねじり加工を施しており、引張強度が大幅に向上することを既に確認している。今後は、加工後の時効により、さらなる高強度化の可能性および微細組織がどの程度まで維持できるかも調査していく。
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