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2018 Fiscal Year Annual Research Report

Elucidation of texture formation mechanism of heat-treatable magnesium alloys and its application to improvement of room temperature press formability

Research Project

Project/Area Number 18H03837
Research InstitutionNagaoka University of Technology

Principal Investigator

鎌土 重晴  長岡技術科学大学, 工学研究科, 教授 (30152846)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 宮下 幸雄  長岡技術科学大学, 工学研究科, 准教授 (00303181)
中田 大貴  長岡技術科学大学, 工学研究科, 助教 (80800573)
Project Period (FY) 2018-04-01 – 2021-03-31
Keywordsマグネシウム合金 / プレス成形性 / 展伸加工 / ミクロ組織 / 集合組織 / 結晶塑性解析
Outline of Annual Research Achievements

マグネシウム合金板材の室温プレス成形を可能とする最適組織設計指針の構築を目的として、室温プレス成形中の微視変形機構を調べた。また、室温プレス成形性に及ぼす微細組織因子の影響も評価した。
マグネシウム合金板材の室温プレス成形(張出し成形)中には、底面すべりと柱面すべりが活動し、変形に寄与する。結晶粒径が微細になると、柱面すべりの活動が活発になるため、室温張出し成形性は向上することを明らかにした。例えば、商用Mg-Al-Mn合金圧延材でも、(0001)面が板面に配向する底面集合組織の形成を抑制し、結晶粒径を8um程度まで微細化することで、張出し成形性の指標であるエリクセン値(商用Mg合金では3mm程度)は~8mmまで向上することがわかった。また、Znの添加によっても柱面すべりが生じやすくなり、Znを微量に添加した低濃度Mg-Al-Ca-Zn-Mn合金圧延材は、8.7mmの高いエリクセン値を示すことを明らかにした。一方、曲げ加工時には、底面すべりや柱面すべりの他に、引張双晶も生じる。商用Mg-Al-Mn合金圧延材は、20um程度の粗大な結晶粒径を持つ場合に良好な曲げ加工性を示すことから、引張双晶によって室温プレス成形性が改善する可能性も明らかにした。
以上のような、微細組織-室温プレス成形性の関係解明に加えて、圧延加工および熱処理中の集合組織形成過程も検討した。圧延加工中に動的再結晶が生じると、その後の圧延加工中には動的再結晶粒の(0001)面が板面に平行に配向する。また、圧延加工後の熱処理中には、動的再結晶粒が優先して成長することから、動的再結晶の抑制が、(0001)面配向の弱化に有効である可能性を発見した。また、CaとZnの同時添加は、圧延加工中の動的再結晶粒の結晶回転を抑制し、底面集合組織の形成を抑制する効果があることも明らかにした。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

2018年度の実施項目であった、室温プレス成形中の変形機構、および微細組織-成形性の関係解明に加えて、今年度および次年度の実施予定項目である圧延加工・熱処理中の集合組織形成メカニズム解明にも取り組み、既に組織制御指針となる知見を得ている。また、次年度実施予定の結晶塑性解析プログラム開発やそれを利用した各種変形機構の臨界分解せん断応力の決定にも着手し、既に学術論文としても公表するに至っていることから、当初の計画以上に進展していると判断した。

Strategy for Future Research Activity

精緻な組織観察と結晶塑性解析を利用したマルチスケールな観点から、マグネシウム合金圧延材の微細組織因子と機械的性質の定量的な関係を構築する。特に、柱面すべりや双晶変形の活動によって室温プレス成形性が向上することを明らかにしていることから、その理由の解明と、柱面すべり・双晶変形を活発に生じさせるための微細組織因子の解明を進める。室温プレス成形性の向上と同時に、マグネシウム合金中の転位と析出物間の相互作用も微視的および巨視的視点から検討し、高強度の付与に必要な析出物の形状やサイズ・数密度を明らかにする。また、底面集合組織の形成抑制に必要な因子や手法も明らかにしつつあることから、(0001)面の一層の配向弱化を目的とした合金元素や加工熱処理条件の最適化を実施し、マグネシウム合金圧延板材のプロセス-微細組織の関係の構築を進める。一連の実験より、プロセス-微細組織-機械的性質の定量的な関係の解明、合金設計指針や組織制御技術の提案まで行い、優れた室温プレス成形性を持つ高強度・高延性マグネシウム合金圧延材の開発にまで発展させる。

  • Research Products

    (22 results)

All 2019 2018 Other

All Int'l Joint Research (1 results) Journal Article (14 results) (of which Int'l Joint Research: 10 results,  Peer Reviewed: 14 results) Presentation (7 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results,  Invited: 2 results)

  • [Int'l Joint Research] University of Virginia(米国)

    • Country Name
      U.S.A.
    • Counterpart Institution
      University of Virginia
  • [Journal Article] Ultrahigh strength Mg-Al-Ca-Mn extrusion alloys with various aluminum contents2019

    • Author(s)
      Z.T. Li, X.G. Qiao, C. Xu, S. Kamado, M.Y. Zheng, A.A. Luo
    • Journal Title

      Journal of Alloys and Compounds

      Volume: 792 Pages: 130-141

    • DOI

      10.1016/j.jallcom.2019.03.319

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Determining the strength of GP zones in Mg alloy AXM10304, both parallel and perpendicular to the zone2019

    • Author(s)
      J.J. Bhattacharyya, T.T. Sasaki, T. Nakata, K. Hono, S. Kamado, S.R. Agnew
    • Journal Title

      Acta Materialia

      Volume: 171 Pages: 231-239

    • DOI

      10.1016/j.actamat.2019.04.035

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Ultra-fine grained Mg-Zn-Ca-Mn alloy with simultaneously improved strength and ductility processed by equal channel angular pressing2019

    • Author(s)
      L.B. Tong, J.H. Chu, Z.H. Jiang, S. Kamado, M.Y. Zheng
    • Journal Title

      Journal of Alloys and Compounds

      Volume: 785 Pages: 410-421

    • DOI

      10.1016/j.jallcom.2020.153942

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Origins of high strength and ductility combination in a Guinier-Preston zone containing Mg-Al-Ca-Mn alloy2019

    • Author(s)
      J.J. Bhattacharyya, T. Nakata, S. Kamado, S.R. Agnew
    • Journal Title

      Scripta Materialia

      Volume: 163 Pages: 121-124

    • DOI

      10.1016/j.scriptamat.2019.01.013

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Origin of texture weakening in a rolled ZEX4101 alloy sheet and its effect on room temperature formability and tensile property2019

    • Author(s)
      Nakata T.、Xu C.、Uehara Y.、Sasaki T.T.、Kamado S.
    • Journal Title

      Journal of Alloys and Compounds

      Volume: 782 Pages: 304~314

    • DOI

      10.1016/j.jallcom.2018.12.194

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Microstructure and mechanical properties of extruded Mg?Gd?Y?Zn alloy with Mn or Zr addition2019

    • Author(s)
      Xu C.、Nakata T.、Fan G. H.、Li X. W.、Tang G. Z.、Geng L.、Kamado S.
    • Journal Title

      Journal of Materials Science

      Volume: 54 Pages: 10473~10488

    • DOI

      10.1007/s10853-019-03607-4

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Bio-inspired graphene-based coatings on Mg alloy surfaces and their integrations of anti-corrosive/wearable performances2019

    • Author(s)
      Chu J.H.、Tong L.B.、Zhang J.B.、Kamado S.、Jiang Z.H.、Zhang H.J.、Sun G.X.
    • Journal Title

      Carbon

      Volume: 141 Pages: 154~168

    • DOI

      10.1016/j.carbon.2018.09.047

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Effect of Partially Substituting Ca with Mischmetal on the Microstructure and Mechanical Properties of Extruded Mg?Al?Ca?Mn-Based Alloys2018

    • Author(s)
      Xu Chao、Nakata Taiki、Fan Guo-Hua、Yamanaka Kosuke、Tang Guang-Ze、Geng Lin、Kamado Shigeharu
    • Journal Title

      Acta Metallurgica Sinica (English Letters)

      Volume: 32 Pages: 205~217

    • DOI

      10.1007/s40195-018-0820-7

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Correlation between dynamic recrystallization and formation of rare earth texture in a Mg-Zn-Gd magnesium alloy during extrusion2018

    • Author(s)
      Jiang M. G.、Xu C.、Yan H.、Lu S. H.、Nakata T.、Lao C. S.、Chen R. S.、Kamado S.、Han E. H.
    • Journal Title

      Scientific Reports

      Volume: 8 Pages: -

    • DOI

      10.1038/s41598-018-35170-4

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Enhancing mechanical properties of rolled Mg-Al-Ca-Mn alloy sheet by Zn addition2018

    • Author(s)
      Nakata T.、Xu C.、Suzawa K.、Yoshida K.、Kawabe N.、Kamado S.
    • Journal Title

      Materials Science and Engineering: A

      Volume: 737 Pages: 223~229

    • DOI

      10.1016/j.msea.2018.09.059

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Bake-hardenable Mg?Al?Zn?Mn?Ca sheet?alloy processed by twin-roll casting2018

    • Author(s)
      Bian M.Z.、Sasaki T.T.、Nakata T.、Yoshida Y.、Kawabe N.、Kamado S.、Hono K.
    • Journal Title

      Acta Materialia

      Volume: 158 Pages: 278~288

    • DOI

      10.1016/j.actamat.2018.07.057

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Unveiling the formation of basal texture variations based on twinning and dynamic recrystallization in AZ31 magnesium alloy during extrusion2018

    • Author(s)
      Jiang M.G.、Xu C.、Yan H.、Fan G.H.、Nakata T.、Lao C.S.、Chen R.S.、Kamado S.、Han E.H.、Lu B.H.
    • Journal Title

      Acta Materialia

      Volume: 157 Pages: 53~71

    • DOI

      10.1016/j.actamat.2018.07.014

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Effects of rolling conditions on the microstructure and mechanical properties in a Mg?Al?Ca?Mn?Zn alloy sheet2018

    • Author(s)
      Bian M.Z.、Sasaki T.T.、Nakata T.、Kamado S.、Hono K.
    • Journal Title

      Materials Science and Engineering: A

      Volume: 730 Pages: 147~154

    • DOI

      10.1016/j.msea.2018.05.065

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Altered ageing behaviour of a nanostructured Mg-8.2Gd-3.8Y-1.0Zn-0.4Zr alloy processed by high pressure torsion2018

    • Author(s)
      Sun W.T.、Qiao X.G.、Zheng M.Y.、Xu C.、Kamado S.、Zhao X.J.、Chen H.W.、Gao N.、Starink M.J.
    • Journal Title

      Acta Materialia

      Volume: 151 Pages: 260~270

    • DOI

      10.1016/j.actamat.2018.04.003

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Presentation] First-ever assessment of GP zone strength parallel and perpendicular to the zone2018

    • Author(s)
      J.J. Bhattacharyya, T. Sasaki, T. Nakata, K. Hono, S. Kamado, S.R. Agnew
    • Organizer
      The 11th International Conference on Magnesium Alloys and Their Applications
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] From age-hardenable magnesium alloys to bake-hardenable magnesium alloys2018

    • Author(s)
      K. Hono, M.Z. Bian, T.T. Sasaki, T. Nakata, S. Kamado
    • Organizer
      The 11th International Conference on Magnesium Alloys and Their Applications
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Mg-Al-Ca合金およびMg-Zn-Ca合金の圧延集合組織形成メカニズムの解明2018

    • Author(s)
      中田大貴,鎌土重晴
    • Organizer
      軽金属学会第135回秋期大会
  • [Presentation] Mg-6Zn-0.3Ca(mass%)合金圧延材の室温成形性と引張特性に及ぼす微量添加元素の影響2018

    • Author(s)
      鈴木晋太郎, 中田大貴,佐々木泰祐, 鎌土重晴
    • Organizer
      軽金属学会第135回秋期大会
  • [Presentation] A bake-hardenable Mg-Al-Ca-Mn-Zn sheet alloy with excellent room temperature formability2018

    • Author(s)
      (1)M.Z. Bian, T.T. Sasaki, T. Nakata, Y. Yoshida, N. Kawabe, S. Kamado, K. Hono
    • Organizer
      金属学会第162回春期大会
  • [Presentation] High speed extrusion of Mg-Al-Ca-Mn alloy with age-hardenability2018

    • Author(s)
      T. Nakata, C. Xu, T.T. Sasaki, K. Hono, Y. Matsumoto, K. Shimizu, S. Kamado
    • Organizer
      The 11th International Conference on Magnesium Alloys and Their Applications
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Twin-roll cast bake-hardenable AXMZ1000 sheet alloy2018

    • Author(s)
      M.Z. Bian, T. Sasaki, T. Nakata, S. Kamado, Y. Yoshida, N. Kawabe, K. Hono
    • Organizer
      The 11th International Conference on Magnesium Alloys and Their Applications
    • Int'l Joint Research

URL: 

Published: 2019-12-27  

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