2017 Fiscal Year Annual Research Report
Design and microstructure control of aluminum based superalloys based on thermodynamic calculation
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17H03411
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
高田 尚記 名古屋大学, 工学研究科, 准教授 (70432523)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | アルミニウム合金 / 時効析出 / 金属間化合物 / 高温強度 / 耐熱材料 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，体積率10％以上の熱力学的に安定な金属間化合物相（平衡相）により強化された新規耐熱アルミニウム鍛造合金の設計を目指し，既存の熱力学データベースを用いた計算状態図を基にα-Al（fcc）／T-Al6Mg11Zn11相（cI162）の二相組織を有するAl-5Mg-3.5Zn合金を設計した．
合金インゴットは，Al（純度99.99%），Mg（純度99.9%)，Zn（純度99.9%）を設計した組成に怦量し，5Paまで真空排気した後，Ar雰囲気下における高周波誘導炉用いて溶製した．この試料に溶体化処理（480～500℃/1～24h）を施した後，水焼入れし，最適な溶体化処理条件を調査した．さらに，溶体化材を電気炉およびオイルバスにて時効処理（200℃~400℃/0.1h～100h）を施し，水焼入れした．時効後の硬さ測定にはビッカース硬度計(荷重：9.8 N / 荷重時間 15 s)を用いた．また，走査型電子顕微鏡（SEM）を用いて溶体化処理後，時効後の組織観察を行った．
計算状態図から予測したα-Al単相温度を基に溶体化処理が可能であり，本研究で設計した合金の最適な溶体化処理温度は480℃であることを見出した．溶体化処理後，200℃～450℃の時効を施した試料においてT相の優先的な粒界析出が認められ，粒内ではT相の微細分散した析出形態が認められた．時効後の硬さ変化は，時効に伴う組織変化に良く対応し，T相析出のノーズ温度は300℃付近に存在すると予測される．
また，同熱力学計算を用いて設計した50 ％以上の体積率の金属間化合物相（T-Al6Mg11Zn11相）を持つ耐熱Al基鋳造合金を作製し，高い強度を示すことを確認した．
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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
当初の鍛造合金の析出挙動の調査は計画通りの進捗である．また，当初予定していなかった鋳造合金の設計を行い，高強度を示すことがわかったことは耐熱アルミニウム超合金の設計において飛躍的な進展である．
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は鍛造合金の析出挙動の調査を継続し，透過型電子顕微鏡を用いて結晶学的解析を行う．また，計算状態図を基にα-Al（fcc）／T-Al6Mg11Zn11相（cI162）の大きな二相領域を利用し，組成の異なる合金を設計し，Ｔ相の析出制御の可能性を調査する．さらに，昨年度設計した新たな鋳造合金の詳細な組織解析を行うとともに，高温における組織安定性について調査する．
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