2016 Fiscal Year Research-status Report
延性二相合金におけるブリッジング現象の発現とクリープ強度への寄与
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16K06707
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| Research Institution | Nihon University |
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Principal Investigator |
藤原 雅美 日本大学, 工学部, 教授 (40156930)
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2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 延性二相合金 / クリープ / 複合則 / 等歪み速度条件 / クリープの応力指数 / クリープの活性化エネルギー |
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| Outline of Annual Research Achievements |
各相が延性を備え，クリープ中にべき乗則，複合則，等歪み速度条件が成り立つとした二相合金の変形モデルを用いて，ブリッジング（強化相の狭間にある母相が強化相のように変形し，強化相が架橋されたように見える現象）の発現の強弱を表すパラメーターκを組み入れたクリープ特性値（応力指数ｎと活性化エネルギーQ）の理論式を導出した．これにより，延性二相合金のnやQ値は，構成相のクリープ特性値の中間となり，クリープ速度によって変化することを見出した．延性二相合金の引張クリープのFEシュミレーションを実施した．ここでは，実際の合金組織（α-Mg相＋LPSO相）を模倣して，母相中に二個の直方体状の強化相を，狭い間隔で，大部分が隣り合うように配置した．クリープ速度がε=10-5/sの場合，母相の相当塑性歪み速度の平均値はε1≒εであるが，複合則の強化効率はκ＜1であり，強化相の相当塑性歪み速度の平均値はε2＜εとなるため，等歪み速度条件は成立しない．また，ブリッジングも起こらない．ε=10-4～10-3/sの場合，強化相の狭間にある母相の応力が高まり，強化相同士が連結したように変形するブリッジングが発現する．この場合はκ≒1であり，等歪み速度条件が成り立つ．シミュレーション結果が示すように，転位クリープ域ではブリッジングが生じ，κが高い値をとり，強化相が有効に働くことが期待される．実際の二相合金においても，α-Mg相中に筋状のLPSO相が狭い間隔で捻れるように並列しているため，ブリッジ効果が発現して高いκ値が得られると期待される．次年度は，押込みクリープ試験を主に実施し，α-Mg合金，LPSO合金及びそれらを含む二相合金について実験結果を得て，今年度導出した理論式の妥当性とブリッジングの発現可能性を調べる所存である．
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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
延性二相合金のクリープ特性値（ｎやQ値）について，ブリッジング効果の強弱を組み入れた理論式を導出した．その結果，この二相合金のクリープ特性値は，各相の体積率やクリープ特性値だけでなく，各相の荷重分担率（クリープ速度で変化する）と強化相の分布状態に依存する強化効率κ（これもクリープ速度で変化する）に影響されることが分かった．FEシミュレーションに必要な副プログラムを海外共同研究者の助言を得ながら作成した．強化相をある形態で配置したときのFEシミュレーションが実施され，ある変形条件の下でブリッジングが起こることを確認した．このときはκ≒１が成り立ち，理論式の前提条件がすべて揃うことを見出した．κ≒１と言うことは，母相の強化相により有効に強化されることを意味する．今後は強化相の配置条件を変えて，ブリッジングの発現条件を詳細に調べていく必要がある．実験準備は概ね順調に進められた．α-Mg合金，LPSO合金，これらから成る二相合金を入手し，焼鈍条件，研磨条件，試験条件などについて検討した．SEM観察，EBSD法による組織解析を行った．予備試験として，微小硬さ試験機に油槽を取りつけ，各試料の高温硬さを測定した．各温度において硬さ値について複合則が成り立つことを確認し，変形速度が極めて遅い場合のκ値を求めた．このときのκ値は温度に殆ど依存しないことを確認した．
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| Strategy for Future Research Activity |
初年度の研究成果を発展させて，FEシミュレーションにより延性二相合金のクリープ強度に及ぼす強化相の配置条件(相対的なずれ)及び変形速度の影響を明らかにし，荷重分担比αと強化効率κを組み入れたクリープ理論の信頼度と制限性を検証する．また，クリープ強度を高めるのにブリッジングの利用が有効であることを示し，これを考慮したクリープ強化機構の確立を試みる．大学院生Aは，研究代表者の指導の下でモデリングし，強化相の配置条件や変形速度を変えてFEシミュレーションし，ブリッジングが起こる条件を見出し，そのときのκ値を算出する．ところで，二相合金を高温に保つと母相だけでなく強化相もクリープ変形するようになる．予備検討の結果，このときのクリープ特性値(応力指数や活性化エネルギーなど)は両相の中間値をとり，一方向連続繊維状の強化相の場合，変形速度が低いほど強化相側の荷重分担比が高まるため，クリープ強度に対して有効に機能することが分かった．しかし，たとえ不連続な場合でもブリッジングが発生すれば強化効率κが高まり，クリープ強度が向上する可能性が考えられる．これをFEシミュレーションで実証する．本研究ではマトリックス(αMg相，体積率75％)中に不連続繊維状の長周期積層型規則構造相(Mg基LPSO相，体積率25％)が一方向に並んだ延性二相合金(押出材)をモデル材料とする．大学院生Bは，研究代表者と連携研究者の指導の下で，この延性二相合金の押込みクリープ試験を行い，クリープ特性値(応力指数，活性化エネルギー)を求め，それらの結果と理論値及びFE解析値との比較を通し，κ値を手掛かりとして，実際にこの合金中でブリッジングが起きている可能性を考察する．また，二相合金のクリープ特性値が変形速度によって変化する理由，ある変形速度範囲では強化相の連続分布を想定したκ＝1の場合とほぼ同じ結果になる理由を解明する．
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| Causes of Carryover |
年度末に学会旅費として計上した金額の一部を，現地の状況で使用しなかったため返金したことによる．
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
次年度の旅費に組み入れ，有効に使用したい．
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