2017 Fiscal Year Research-status Report
４次元組織解析によるβ型Ti合金の変形挙動解明とそれに基づく新合金設計法の確立
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16K06771
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
趙 研 大阪大学, 工学研究科, 助教 (00633661)
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2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 準安定β型チタン合金 / 引張特性 / 高強度・高延性化 / 変形機構 / 単結晶 / 双晶変形 / マルテンサイト / CRSS |
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| Outline of Annual Research Achievements |
平成29年度は、{332}<113>双晶変形の発現を確認しているTi-Mn-Moとe/a（β安定度）が等しいTi-Mn-Fe、Ti-Mn-V、Ti-Mn-Nbを作製し、Fe、V、Nb添加が変形機構に及ぼす影響を調査した。
Fe、V添加は、固溶強化された合金においても{332}<113>双晶変形が生じるかに着目したものである。引張試験の結果、Ti-Mn-Feは、塑性変形する前に破断した。これは、FeとTiの原子半径差が大きく、過大な固溶強化により脆化したためである。一方、原子半径がFeとTiの中間程度であるVを添加した合金では、固溶強化による大幅な強度の向上が認められた。本合金の変形機構は、{332}<113>双晶変形であったことから、適切に固溶強化された合金においても、本双晶変形が発現することが分った。一方、延性はTi-Mn-Moより低下した。これにはプレート状のω相が影響を及ぼしている可能性が考えられる。
Ti-Mn-Nbでは、引張特性に{332}<113>双晶の幅が及ぼす影響に着目した。その結果、幅の太い{332}<113>双晶変形は、双晶粒界での応力集中を引き起こし、延性低下につながることが分った。この結果は、本双晶変形の導入よる高延性化では、その幅を制御することが重要であることを示唆している。
次に、Ti-MnにMoを添加した場合に{332}<113>双晶変形が発現する原因について、臨界分解せん断応力（CRSS）に着目し、単結晶を用いた手法により調査を行った。その結果、Mo添加により、本双晶のCRSSが低下することが明らかとなった。このCRSSは、室温よりα”マルテンサイト変態が促進される223 Kで変形した場合の方が小さいことも分った。このことから、α”マルテンサイト変態が{332}<113>双晶変形のCRSSを低下させ、その発現が誘起することが明らかとなった。
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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
平成29年度は、当初の計画通り引張特性および変形機構にFe、V、Nb添加が及ぼす影響について調査を行った。また、計画以上の進捗としてTi-Mn合金およびTi-Mn-Mo合金の単結晶を用いた変形機構の調査を行うことにより、{332}<113>双晶変形の発現はCRSSの減少によって説明ができ、その減少にはα”マルテンサイト変態が大きく影響していることを明らかにした。これは、当初計画より進んでいる点である。
一方、当初計画していた中性子回折を用いたその場観察については、CRSSの低下が{332}<113>双晶変形の発現の直接的な要因であることが明らかとなったため、CRSSの温度依存性の解明を優先させ、平成30年度に実施することにした。なお、J-PARCでのその場中性子回折実験はすでに採択されており、平成30年度5月に実施予定である。
以上、総合的に評価した結果、本研究はおおむね順調に進展していると判断する。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでの研究成果から、β型チタン合金の高強度化には非熱的ω相による析出強化、V添加による固溶強化が効果的であり、高延性化には適切な幅を有する{332}<113>双晶変形の発現が効果的であることが明らかとなった。また、{332}<113>双晶変形の発現誘起には、Mo添加によるα”マルテンサイト変態の促進、そしてそれにともなう{332}<113>双晶のCRSS低下が重要であることが明らかとなった。そこで、平成30年度は、Ti-V-Mo合金を中心として上記高強度化および高延性化のための条件を満たす合金の開発に着手する。
また、これまで研究から{332}<113>双晶変形の発現誘起にα”マルテンサイト変態が大きく影響を及ぼしていることが示唆されているものの、その直接的な証拠はつかんでいない。そこで、Ti-Mn、Ti-Mn-Mo合金について、J-PARCにてその場中性子回折実験を実施し、α“マルテンサイト変態と{332}<113>双晶変形の発現との関係性について、直接的に調査する。なお、J-PARCでの実験については、大学院生（森岡亮太、行耕平）が補助する。
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