2018 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 |
本年度は，Al-Mg-Zn 3元系の熱力学データベースを用いた計算状態図を基に，T相/α-Al二相組織を有するAl-4Mg-4.5Zn（at%）合金，Al-5Mg-3.5Zn（at%）合金，及び Al-7Mg-1.5Zn（at%）の合金組成を選定した．これらの合金を実際に溶製し，最適な溶体化熱処理条件（480℃/24時間）を同定した．これらの作製した試料を用いて，200℃から300℃の温度範囲において，1時間から1000時間までの時効処理（温度保持）を施し，それらの組織解析を行い，高温保持に伴う組織変化を調べた．その結果，いずれの合金も比較的短時間の時効で硬さの最大値を示し，長時間時効後強度が低下する．これは短時間側では析出物が比較的微細かつ緻密に析出するが，長時間時効に伴って析出物が粗大化することに起因する特に，Mg濃度の高いAl-7Mg-1.5Zn合金の硬さは時効処理に伴いそれほど増大しないが，300℃において長時間時効後も比較的高い値を維持する．したがって，Al-7Mg-1.5Zn合金が，高温かつ長時間の使用後においても強度を損なわない．
また，昨年度設計したAl-5Mg-3.5Zn（at%）合金の組織の透過電子顕微鏡観察と高温強度を調査した．溶体化処理後300℃時効を施すと，α-Al母相からT-Al6Mg11Zn11相が析出する．200℃にて１時間の時効後，粒子径約20 nmの非常に微細な化合物相が結晶粒内に均一に分散する．この析出相はT相の準安定相であると推察される．200℃/1h予時効を施した本合金は150℃から200℃の温度域で高い0.2%耐力（250 ～ 350 MPa）を示した．この強度レベルは，現状自動車用ターボチャージャーのインペラに適用されている2618合金や同じ成分系の高強度材である7075合金を凌ぐものである．
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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
本年度の成果にて，本研究の目標である自動車用ターボチャージャーのインペラに適用されている2618合金より実機使用想定温度である200℃において高い強度を示す新たな合金の設計が実現した．今後は，その合金の鍛造などの製造プロセスの検討を含め，本合金の生産性を高める研究も行う予定である．
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| Strategy for Future Research Activity |
来年度は，本研究で設計した合金（Al-5Mg-3.5Zn（at%））の鍛造などの製造プロセスの検討を含め，本合金の生産性を高める研究も行う予定である．また，長時間高温使用に要求されるクリープ強度など，本設計合金の他の物性の調査にも取り組む
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