2018 Fiscal Year Annual Research Report
Understanding of the hardening mechanism in FCC based ordered structures induced by interstitially ordered solute atoms
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17K18977
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
木村 好里 東京工業大学, 物質理工学院, 教授 (90262295)
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| Project Period (FY) |
2017-06-30 – 2019-03-31
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| Keywords | 固溶強化 / 塑性変形 / 金属間化合物 / ナノインデンテーション |
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| Outline of Annual Research Achievements |
侵入型溶質原子による固溶強化機構の体系的な理解を目標に掲げ、第一歩として面心立方（FCC）格子の体心にあたる八面体隙間に侵入型炭素原子が規則固溶するE21型金属間化合物における固溶強化機構の理解を本研究の目的とした。浮遊帯域溶融法による一方向凝固を用いて種々の炭素濃度とNi-Al組成比を持つE21型Ni3AlCおよびL12型Ni3Alの単結晶合金を作製し、主にナノインデンテーションを用いて局所的な弾塑性変形挙動を調べた。炭素濃度だけでなくAl-rich側の非化学量論組成が固溶強化に及ぼす影響が大きいこと、結晶方位依存性は顕著ではないことなどを見いだした。塑性変形開始に対応して荷重－変位（P-h）曲線に不連続なバースト変位が発現するPop-in挙動を解析し、臨界荷重Pcと変位Δhから転位の挙動を考察した。弾性域で蓄積され塑性変形により解放される弾性エネルギーの大きさをPcは表し、その応答として急激に増殖する転位の密度と易動度がΔhに反映される。約3%の圧縮変形で予め可動転位を導入した試料に同じ荷重軸でナノインデンテーションを行うと、転位の増殖は必要ないためPop-inは抑制され、塑性変形が徐々に進行することを明確にした。PcとΔhは炭素濃度によらず同じ傾きの直線関係を示すが、炭素濃度が高いほどNi3AlCのPcとΔhは大きくなる。侵入型炭素原子により塑性変形に必要な応力に相当するPcは上昇するが、その分に見合った大きなΔhが得られることから転位の密度や易動度に及ぼす影響は大きくないと考えられる。一方、Al-rich組成では同等のPcで比べるとΔhが小さくなるため、転位の増殖が困難かつ転位の易動度が低くなることが示唆される。炭素と空孔サイトが規則化するE21型Co3AlC0.5単結晶合金と比較して、Pop-in挙動の解析、変形組織の観察と解析を行って理解を深めた。
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