Fatigue Behavior and Fracture Mechanism of High Strength Ultralight Mg alloys with LPSO Phase

2018 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 16K06775
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 陳 強 九州大学, 工学研究院, 教授 (30264451)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2019-03-31
• Keywords: Ultrasonic Fatigue / Very High Cycle Fatigue / Magnesium Alloy / LPSO Phase / Crack Initiation / Crack Propagation / Fracture / Microstructure

Outline of Annual Research Achievements

Mg-Zn-Y合金はアルファMg 母相とそのセル界面にラメラ状に晶出した長周期積層構造LPSO（Long-Period Stacking Ordered） 相からなる二相Mg合金であり、高強度と高延性を併せ持ち、耐熱性や耐食性、不燃性にも優れているため、自動車や航空機産業への実用化が期待されている。本研究では、超音波疲労試験技術を利用して、この新奇なLPSO相を強化相とするMg合金の超高サイクル疲労における強度発見機構の解明を目的としている。
具体的には、（1）ギガサイクルにおける疲労強度特に10^9サイクルまでの疲労強度、表面連続観察による微小き裂発生および伝ぱ挙動、走査型電子顕微鏡による疲労破壊解析と、（2）STEM観察およびEBSD結晶方位解析を行い、微小き裂発生および初期伝ぱに及ぼす微視的組織特に双晶やキンク変形の影響を調査した。その結果、以下に示す結論を得た。
１．疲労寿命の大半はき裂発生及び初期き裂伝ぱで占められる。
２．き裂発生は底面すべりに起因しており、レアアース元素の偏析が影響していることが確認された。
３．溶質原子の偏析が変形誘起界面に沿って生じた。
４．ツインバウンダリーは圧縮中にLPSO構造と溶質原子によって偏向された。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Shanghai Jiao Tong University/Sichuan Univesity/Chinese Academy of Sciences(中国)
  • Country Name: CHINA
  • Counterpart Institution: Shanghai Jiao Tong University/Sichuan Univesity/Chinese Academy of Sciences
  • # of Other Institutions: 1
• [Journal Article] Small crack initiation and early propagation in an as-extruded Mg-10Gd-3Y-0.5Zr alloy in high cycle fatigue regime (2019)
  • Author(s): He Chao、Shao Xiaohong、Yuan Shucheng、Peng Liming、Wu Yujuan、Wang Qingyuan、Chen Qiang
  • Journal Title: Materials Science and Engineering: A Volume: 744 Pages: 716～723
  • DOI: https://doi.org/10.1016/j.msea.2018.10.015
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Segregation of solute atoms along deformation-induced boundaries in an Mg-Zn-Y alloy containing long period stacking ordered phase (2019)
  • Author(s): Shao X.H.、Jin Q.Q.、Zhou Y.T.、Yang H.J.、Zheng S.J.、Zhang B.、Chen Q.、Ma X.L.
  • Journal Title: Materialia Volume: 6 Pages: 100287～100287
  • DOI: https://doi.org/10.1016/j.mtla.2019.100287
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Unravelling the local ring-like atomic pattern of twin boundary in an Mg-Zn-Y alloy (2018)
  • Author(s): Shao X. H.、Peng Z. Z.、Jin Q. Q.、Zhou Y. T.、Zhang B.、Zheng S. J.、Chen Q.、Ma X. L.
  • Journal Title: Philosophical Magazine Volume: 99 Pages: 306～317
  • DOI: https://doi.org/10.1080/14786435.2018.1539262
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Presentation] Deformation-induced redistribution of solute atoms in an Mg-Zn-Y alloy (2018)
  • Author(s): Xiaohong Shao, Qiang Chen, Zhen-Zhen Peng, Kazuhiro Kitamura, Xiu-Liang Ma
  • Organizer: THERMEC’ 2018
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Small crack behavior of extruded Mg-Gd-Y-Zr alloy under high cycle fatigue (2018)
  • Author(s): Chao HE, Xiaohong SHAO, Yoshihiro FUKUSHIMA, Kaneaki TSUZAKI, Qingyuan WANG, Ning SU, Xiangwen HENG, Qian ZHAO, Liming PENGc, Yujuan WU, Qiang CHEN
  • Organizer: 日本機械学会 九州支部 第71期 総会・講演会