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2019 Fiscal Year Annual Research Report

bcc系Ti合金において発現する“室温時効に伴う”特異な相変態および力学特性変化

Research Project

Project/Area Number 17H03414
Research InstitutionOsaka University

Principal Investigator

多根 正和  大阪大学, 産業科学研究所, 准教授 (80379099)

Project Period (FY) 2017-04-01 – 2020-03-31
Keywords相転移 / 弾性論 / チタン合金
Outline of Annual Research Achievements

最近、研究代表者は、不安定なbcc系Ti合金において、「室温時効に伴ってDiffuse ω構造が形成され、弾性率が大きく増加する」という従来のω変態理論で説明不可能な現象を発見した。本研究では、この室温時効に伴うω変態を説明可能な新たな相転移論の構築を目的としている。本年度は、室温近傍 (273~323 K) の温度下において、時効に伴う弾性率変化を測定した。さらに、時効後の試料に対するX線回折測定を実施した。その結果、時効に伴う弾性率増加、すなわち時効に伴うDiffuse ω構造の形成挙動は時効温度に依存し、時効温度の増加に伴ってDiffuse ω構造の形成が促進されることが明らかとなった。さらに、Eshelbyの楕円体介在物理論に基づいて、ω相形成時の弾性ひずみエネルギーの計算を実施し、ω相の相転移速度が0.20 eV程度の極めて小さな活性化エネルギーを有する相転移の素過程に対応する動的な原子面のつぶれとω相の核生成に起因した活性化エネルギーに支配されていることを明らかにした。加えて、bcc/ω相間の界面エネルギー、添加元素がbcc構造とω相の相平衡に与える影響を考慮して、非熱的ω変態温度、Diffuse ω構造形成の形成温度およびω変態速度を説明するための新たな相転移論を熱力学、統計力学、微視的弾性理論および核生成理論に基づいて構築した。その成果として、熱ゆらぎによって生じる統計的な合金組成のゆらぎが室温で凍結された凍結組成ゆらぎによって室温近傍でのDiffuse ω構造形成が引き起こされていることを明らかにした。さらに、室温時効に伴うDiffuse ω構造の形成は、従来の無拡散変態である非熱的(非等温)ω変態および拡散型の熱的(等温)ω変態とは異なり、室温近傍での時効によって無拡散で変態が生じる無拡散等温ω変態と名付けた新たな相転移であることを示した。

Research Progress Status

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

  • Research Products

    (10 results)

All 2020 2019

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results) Presentation (8 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Invited: 2 results)

  • [Journal Article] Diffusionless isothermal omega transformation in titanium alloys driven by quenched-in compositional fluctuations2019

    • Author(s)
      M. Tane, H. Nishiyama, A. Umeda, N. L. Okamoto, K. Inoue, M. Luckabauer, Y. Nagai, T. Sekino, T. Nakano, and T. Ichitsubo
    • Journal Title

      Physical Review Materials

      Volume: 3 Pages: 43604

    • DOI

      10.1103/PhysRevMaterials.3.043604

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] 集合組織を有する多結晶材料のX線応力ファクターに及ぼす結晶配向度,結晶粒形状および弾性異方性の影響2019

    • Author(s)
      多根 正和
    • Journal Title

      鉄と鋼

      Volume: 105 Pages: 1080-1089

    • DOI

      10.2355/tetsutohagane.TETSU-2019-052

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 微視的弾性理論の構築を基軸とした生体および構造用金属材料の弾性特性および相転移挙動の解明2020

    • Author(s)
      多根 正和
    • Organizer
      日本金属学会2020年春期(第166回)講演
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Micromechanics-based extraction of single-crystalline elastic constants from polycrystalline samples: Application to Ti and Mg alloys2019

    • Author(s)
      Masakazu Tane
    • Organizer
      European Congress And Exhibition on Advanced Materials and Processes (EUROMAT 2019)
    • Invited
  • [Presentation] 凍結された合金組成ゆらぎによって引き起こされるβ型チタン合金における無拡散等温ω変態2019

    • Author(s)
      多根 正和, 岡本 範彦, 井上 耕治, Martin Luckabauer, 永井 康介, 関野 徹, 中野 貴由, 市坪 哲
    • Organizer
      日本金属学会2019年秋期(第165回)講演大会
  • [Presentation] 無拡散等温ω変態に起因した室温時効下での弾性率増加に及ぼす酸素およびAl添加の影響2019

    • Author(s)
      西尾 祐輝, 多根 正和, 関野 徹, 市坪 哲
    • Organizer
      日本金属学会2019年秋期(第165回)講演大会
  • [Presentation] β型Ti-V合金の低温域における弾性・擬弾性測定とX線非弾性散乱測定2019

    • Author(s)
      笠谷 周平, 岡本 範彦, 多根 正和, Martin Luckabauer, 筒井 智嗣, 市坪 哲
    • Organizer
      日本金属学会2019年秋期(第165回)講演大会
  • [Presentation] 無拡散等温ω変態に伴うβ型Ti合金の微細組織および硬度変化2019

    • Author(s)
      岡本 範彦, 笠谷 周平, Martin Luckabauer, 多根 正和, 市坪 哲
    • Organizer
      日本金属学会2019年秋期(第165回)講演大会
  • [Presentation] 凍結された合金組成ゆらぎによって駆動される無拡散等温オメガ変態の熱・統計力学と速度論?Diffusionless isothermal omega transformation in titanium alloys driven by quenched-in compositional fluctuations2019

    • Author(s)
      多根 正和, 岡本 範彦, 井上 耕治, Martin Luckabauer, 永井 康介, 関野 徹, 中野 貴由, 市坪 哲
    • Organizer
      合金状態図第172委員会 第37回委員会・研究会
  • [Presentation] Diffusionless isothermal omega transformation in titanium alloys: Thermodynamics and kinetics of displacive phase transition driven by quenched-in compositional fluctuations2019

    • Author(s)
      Masakazu Tane, Norihiko L. Okamoto, Koji Inoue, Martin Luckabauer, Yasuyoshi Nagai, Tohru Sekino, Takayoshi Nakano, and Tetsu Ichitsubo
    • Organizer
      Summit of Materials Science 2019 and GIMRT User Meeting 2019
    • Int'l Joint Research / Invited

URL: 

Published: 2021-01-27  

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