2019 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
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18H03837
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| Research Institution | Nagaoka University of Technology |
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Principal Investigator |
鎌土 重晴 長岡技術科学大学, 工学研究科, 教授 (30152846)
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| 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)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | マグネシウム合金 / 展伸加工 / 機械的性質 / 室温成形性 / 集合組織 / 結晶粒径 / Guinier Prestonゾーン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
マグネシウム合金の高強度・高延性化、高成形性化を目的として、ナノ・ミクロ組織解析と結晶塑性シミュレーションや数値計算を融合したマグネシウム合金展伸材の変形機構解明を進めた。
研究代表者が新しく開発したGuinier Preston(GP)ゾーン強化型マグネシウム合金の変形機構を数値計算と実験により検討したところ、GPゾーンの分散によりひずみ速度感受性が増大し、優れた強度と延性を同時に発現することがわかった。また、TEM・3次元アトムプローブと結晶塑性シミュレーションを用いた逆解析から、材料固有の臨界分解せん断応力やマグネシウムの変形挙動に及ぼすGPゾーンの影響を推定し、GPゾーン強化型マグネシウム合金の高強度化や異方性低減メカニズムを抽出することができた。
GPゾーン強化型マグネシウム合金の変形機構解明の他、マグネシウム合金板材の集合組織制御技術開発や高成形化メカニズム解明も進めた。Mg-Al基合金にて、圧延加工に伴う動的再結晶を抑制することで、熱処理後の集合組織を制御できることを見出した。この知見を基に、Mg-Al基合金の組織制御を進めた結果、単純な圧延加工と熱処理の組み合わせのみで、エリクセン値にして8mmの良好な室温成形性と異方性の小さい引張特性を得ることに成功した。また、種々のマグネシウム合金板材の微細組織や室温変形中の組織変化を調べ、室温張出し成形性の向上に必要な変形機構やその変形機構の活動に必要な組織因子を明らかにした。
圧延加工中に導入される双晶変形を利用したマグネシウム合金板材の集合組織制御技術も提案することができた。二重双晶を核とした再結晶により、マグネシウムの(0001)面が圧延方向および板幅方向に傾斜することを見出し、比較的合金元素添加量の多い高強度マグネシウム合金でも、エリクセン値にして7mmの良好な室温成形性を示すことがわかった
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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
結晶塑性シミュレーションや数値計算を援用したマルチスケール変形挙動解明から、マグネシウム合金の各種すべり・双晶の臨界分解せん断応力や室温変形中のそれら変形機構の寄与度に及ぼす結晶粒径、集合組織、析出物・Guinier Preston(GP)ゾーンの影響を明らかにした。以上の一連の評価結果から、当該年度目標であったマグネシウム合金の室温プレス成形を可能とする結晶粒径や集合組織、析出物・GPゾーンなどのナノ・ミクロ組織因子を提案し、高強度・高延性マグネシウム合金開発に向けた微細組織設計を構築することができた。
新規マグネシウム合金開発に必要不可欠な上記の学理構築のほか、2020年度の実施項目である加工熱処理中の組織形成メカニズム解明も進め、安価な合金元素および単純な加工熱処理の組み合わせでも、マグネシウム合金板材の集合組織を制御できることを見出した。また、得られた知見を活かして、優れた室温プレス成形性と異方性のない良好な引張特性を持つMg-Al基合金板材開発に成功した。
さらに、双晶変形を利用した高強度マグネシウム合金の集合組織制御技術開発も進め、良好な室温成形性と既存マグネシウム合金を凌駕する強度を兼ね備えたマグネシウム板材の合金元素および加工熱処理を提案することもできた。
上記の研究成果は、当該年度に計画していた予定以上の成果であり、マグネシウム合金の利用用途拡大には欠くことのできない学理が得られつつあることから、本研究課題は当初の計画以上に進展していると考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
各種電子顕微鏡や結晶方位解析、X線回折を駆使して、マグネシウム合金の圧延加工中の動的変形挙動および焼なまし・溶体化処理中の静的組織変化を調べ、マグネシウム合金板材の集合組織形成に及ぼす加工熱処理中の変形挙動・組織変化の影響を検討する。特に、マグネシウム合金板材の室温成形性の顕著な改善には、マグネシウムの(0001)面を板面に対して45°傾斜させる必要があることから、そのような集合組織を具現化できるマグネシウム合金板材の再結晶挙動や転位・双晶の種類や量を明らかにすることを目指す。その際、アルミニウムやカルシウムなどの安価な元素だけでなく、(0001)面を傾斜させる効果が報告されている希土類元素も積極的に活用し、マグネシウム合金板材の集合組織形成メカニズムの解明を目指す。以上の一連の研究から、マグネシウム合金板材の集合組織制御に必要な要素を抽出し、安価な合金元素および単純な加工熱処理条件の組み合わせのみで、理想的な集合組織を具現化できるよう、合金元素の種類や添加量、圧延加工条件、熱処理条件などのプロセス条件最適化を進める。また、輸送機器パネル部材への展開を強く意識して、優れた耐食性や接合性、難燃性を持つ高濃度Mg-Al-Ca合金の集合組織制御を目的としたプロセス条件最適化も行い、広範に利用できるマグネシウム合金板材の開発を加速させるための学理構築・基盤技術開発につなげ、これまでに本課題で実施した微細組織-特性の関係解明と組み合わせて、マグネシウム合金板材のプロセス-微細組織-特性の定量的な関係を構築する。
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