2019 Fiscal Year Research-status Report
Ti-X-7Al合金の焼戻しで生じるマルテンサイト的変態機構
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17K06773
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| Research Institution | Okayama University |
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Principal Investigator |
竹元 嘉利 岡山大学, 自然科学研究科, 准教授 (60216942)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | マルテンサイト変態 / チタン合金 / 逆変態 / 熱応力 / その場観察 / スピノーダル分解 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
今年度は中程度の酸素（0.086 mass%O）を含有するTi-10Mo-7Al合金を中心に，ごく短時間の焼戻しで生成するマルテンサイト(M)，焼入れおよびサブゼロ処理で生成するMの形成メカニズムを調査した．焼戻しによるMは，焼戻し後の急冷時に生成するのではなく，急速加熱中に生成することが集光ランプを用いた急速加熱その場観察から明らかとなった．しかし，試料板厚が薄い場合や，予加熱を与えて焼戻し温度までの温度差を減じるとMは生成しなかった．液体窒素によるサブゼロ処理で生成するMも，試料が薄い場合や，冷却速度が遅い場合には，Mが生成しないことが分かった．各熱処理後のMの分布を調査するため，断面組織を観察した結果，焼戻しMは試料表層部に多量に生成し，内部にはほとんど生成していなかった．一方，焼入れMやサブゼロMは，試料表層部では少量で，試料内部に多量に生成することが明らかとなった．これらの結果から，本合金のMは熱応力のアシストによって生成すると考えられる．つまり急速焼戻し処理では試料表層部に圧縮熱応力が生じ，焼入れやサブゼロ処理では逆に試料内部で圧縮熱応力が生じることから，圧縮熱応力がM生成に重要な役割を役割を持つことが明らかにできた．
一方，静的な温度変化に伴う相変態挙動を明らかにするため，DSC測定，高温XRD測定，静的電気抵抗測定を行った．焼入れ組織（表層組織）は，高温β相とわずかなM（α"）相から構成され，200℃付近で吸熱反応を伴いM→β逆変態が起こる．さらに昇温すると今度は発熱反応を伴い450℃付近で再びα"が生成することが，DSC測定および高温その場XRD測定より明らかとなった．ただし高温XRDの真空度があまりよくなかったため，400℃以上では酸化の影響もあると考えられる．サブゼロ処理による静的電気抵抗測定では緩慢な温度変化のため，M変態らしき挙動は見られなかった．
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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
昨年度の懸案事項であった，焼戻しによるMの生成が加熱中に生じるのか，加熱後の急冷時に生じるのかが，急速加熱その場観察によって明らかにできた．またMの生成条件が単に温度によるものだけでなく，熱処理時に発生する圧縮熱応力が深く関与していることを明らかにすることができた．この熱応力アシスト効果を取り入れることで，サブゼロ処理でのM生成が少量である原因が理解できるようになった．
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| Strategy for Future Research Activity |
最大の難問は，200℃でβ逆変態する現象である．Ti-15V-7Al合金の熱力学計算によれば，700℃以下の広い温度範囲でα相のエネルギーの方がβ相のエネルギーより低いため，550℃付近での焼戻しやLN2でのサブゼロ処理において，熱応力などの機械的駆動力アシストあればM変態できることは説明できる．しかしながら，M変態の駆動力が最も大きいのは200℃付近であるにもかかわらず，200℃ではβに逆変態する現象を最終年度は調査する．特に200℃での焼戻しにおいて熱応力が不足しているのかもしれないので，今度はLN2から200℃塩浴への急速加熱を行い，M生成の調査を行う．この実験でこれまでと同様にM→β変態が認められれば，200℃においてはα"が準安定に存在することを示唆するものと考えられ，α"の構造スピノーダル分解の観点から考察を行う．さらにサブゼロ処理でMの生成が少なかった原因が，元々焼入れ処理で試料内部に多量のMが生成していたためかもしれないので，一旦，200℃でβ化した試料を用いてサブゼロ処理を行い，動的電気抵抗測定を行う．また，LN2の冷却能が低いことも考えられるので-90℃まで冷却したエタノールなどの冷媒を用いたサブゼロ処理を行う．
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Research Products
(16 results)
