2016 Fiscal Year Research-status Report
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16K05964
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| Research Institution | Yamagata University |
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Principal Investigator |
黒田 充紀 山形大学, 大学院理工学研究科, 教授 (70221950)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 結晶粒微細化 / 寸法効果 / バウシンガー効果 / 転位強化 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
H28年度は本研究の前段階の研究において開発したミクロンスケール塑性論に残る問題点（内部界面・粒界の役割の解明）を解決するするために，まず，AlとCuの微細結晶粒材料を，巨大ひずみ加工の代表的手法の一つであるECAP (Equal Channel Angular Pressing) 法で作製し，引張り予ひずみ→圧縮，圧縮予ひずみ→引張りの試験を行って，それらから得られたバウシンガー曲線を基に，粒界とその付近に発生する内部応力の役割を推定した．実験結果より，ECAP加工を繰り返して粒径が微細化してもバウシンガー効果の大きさはほぼ一定であることがわかった．当初は，粒界は転位運動の強いバリアであり，粒径微細化とともに内部応力が大きくなって，バウシンガー効果も大きくなると予想していたが，実験事実はこれとは逆であった．粒界は転位運動の大きな障害物ではなく，力学挙動に大きな影響を与えていない可能性が示唆された．
当初，上記の実験はバウシンガー効果の観察を狙ったものであったが，別の大きな知見が得られた．１パス目のECAP加工で粒径は大きく（100μm程度まで）粗大化した一方で，降伏強度は著しく（約６倍に）上昇した，その後の繰り返しECAP加工では，降伏強度は大きく変化しなかった．ECAP加工を１パス実施する毎に転位密度を測定した．転位密度は１パス目で最大になり，ECAP加工による降伏応力の増大の主要因は，結晶粒微細化効果ではなく，転位強化であることが判明した．
以上のように，本年度の研究により，粒界は転位運動の大きな障害とはなっておらず，巨大ひずみ加工による降伏応力の増大の主要因は転位強化であることが強く示唆された．
これらは，当初の予想とは大きく異なる知見であり，今後のモデル化の方針も変更が必要となる．H29年度はこれらの実験の再現性を確認し，モデル化の新たな方向性を考える．
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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
予定していたバウシンガー効果の測定による粒界の性質の考察には概ね成功した．しかしながら，これまでの理論研究で主として予想してきた「粒界バリアー説」を否定する実験結果が得られ，モデル化を当初の予定どおり進める前に，今回得られた新たな結果の再現性を十分に確かめる必要性が出てきた．
このように，新たに得られた知見により，研究計画書を作成した当初の計画は変更を余儀なくされた．このことは，学術研究においては想定の範囲内と考えなければならない．
当初計画していた実験は全て達成したことと，その実験から新たな知見を導き出したことを踏まえて，研究は概ね順調に進展していると評価する．
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| Strategy for Future Research Activity |
研究実績の概要で述べたとおり，粒界は転位運動の大きな障害とはならず力学挙動に大きな影響を与えていない可能性が大きくなり，さらに，巨大ひずみ加工による降伏応力の増大の主要因は転位強化であることがわかった．これら２つの知見は従来の材料科学界における一般的な理解とは相容れないものであり，研究代表者らの予想とも異なるものであった．従って，今後の研究においては，当初計画していた数理モデルの構築の前に，今回の実験で示唆された事実の追試が何よりも重要である．H28年度の研究では，主として工業用アルミニウムと一部銅を用いたが，上記と同様な知見が他の種類の金属でも成立するかを調べることは急務である．H29年度は，銅を用いた研究に加えて，合金系材料をも対象として，新しい知見の確認を急ぎたい．
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