2018 Fiscal Year Research-status Report
ナノスケールマーキングによる局所塑性ひずみの統計的評価法の確立
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18K04751
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
森川 龍哉 九州大学, 工学研究院, 助教 (00274506)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
田中 將己 九州大学, 工学研究院, 教授 (40452809)
奥山 彫夢 九州大学, 工学研究院, 学術研究員 (50804655)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 結晶性材料 / 相当塑性ひずみ / 構造用金属材料 / 局所ひずみ分布 / 力学物性 / 力学的応答 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
構造用金属材料の評価には，弾性限や強度等のマクロ材料としての力学特性が用いられ，それらの定量的数値を基に構造設計が行われるが，構造体の破壊や建物等の倒壊から人命を守るという観点から，変形に対する抵抗の増加や塑性変形限界を越えた状態での壊れ難さといった動的な材料特性の向上が急務である．金属材料は結晶粒微細化や母相への硬質相の分散等の内部組織制御で強化が図られ，これは材料内部を不均一とすることで変形中の結晶内部に不均一変形状態をもたらし，ひずみの勾配を生じさせる強化原理に基づく．しかし，結晶中におけるひずみ勾配の過剰な増大はむしろ破壊の起点を形成させることとなる．すなわち，材料中の変形の不均一は強化と弱化の相反する材料特性を担っており，これを制御する鍵は「不均一変形状態の定量的把握」である．本研究では，ナノスケールオーダーのマーキング法を用いて微小領域における塑性変形状態を把握するとともに，それを局所ひずみ分布として数値化し，マクロ材料全体からのビッグデータ取得の手段へと拡張することで，複雑な塑性変形挙動を統括的に理解し，優良材料開発へ向けての指針構築を目指す．初年度は研究対象とする金属材料を選択するとともに，巨視的な力学的応答と微小領域の塑性変形状態との関連をより明確かつ有効的に結びつけるための試験方法を検討した．そして当面の目的として，一軸引張と圧縮の荷重反転に伴う降伏応力低下現象に及ぼす材料内部の塑性変形状態の影響に着目し，降伏応力の変動に金属材料内部組織のどの領域の不均一変形が関与するのか明らかにする方針をとることにした．その端緒として，電子線リソグラフィによる微細マーカーを付与したフェライト-ベイナイト鋼において荷重反転による降伏応力低下現象が発生すること，および，負荷応力の反転に伴い一旦塑性変形の起こった領域にひずみの回復が起こることを新たに発見した．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
研究用材料の選択について研究協力者と議論を進め，塑性変形させた材料内部に顕著な変形の不均一が生じるような材料として，実用鋼の中でフェライトやベイナイトといった内部組織の異なる相を複数含む多相材料を供試材とすることを決定した．また，材料に加えた変位とその変位増大に必要な応力といった巨視的な力学的応答と微小領域の塑性変形状態との関連をより明確に結びつけるための試験方法の検討を進めた．これにより，一軸引張と圧縮の荷重反転に伴う降伏応力低下現象に及ぼす材料内部の塑性変形状態の影響に着目し，降伏応力の変動に金属材料内部組織のどの領域の不均一変形が関与するのか明らかにする方針が固まった．その端緒として，選択した供試材の1つであるフェライト-ベイナイト鋼に電子線リソグラフィによる微細マーカーを付与し，マクロな力学応答を数値化すると共に微小領域のひずみ分布測定を行った．その結果，フェライト-ベイナイト鋼では荷重反転による降伏応力低下現象が顕著に発生すること，また，この負荷応力の反転に伴い，材料内部で一旦局所的に顕著な塑性変形の起こった領域に優先的にひずみの回復が起こることを新たに発見した．
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| Strategy for Future Research Activity |
次年度はまず，電子線リソグラフィおよび集束イオンビームによる微細マーカー付与を供試材の広範囲に行う手法の検討を行う．また，引張および圧縮のそれぞれのマクロ変形後の材料内部について微小領域より局所ひずみ分布を得ると共に，その優先変形領域が材料組織のどの場所に対応するのか詳細な組織観察により明らかにする．さらに，微小領域の塑性変形状態の把握をより広範囲に拡大する手法を確立する．これらの試みにより，統計的に優位なデータの取得を目指すと共に材料のマクロな力学的応答と結びつけるためにデータの数学的処理の方法を検討する．
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| Causes of Carryover |
今年度購入予定だった研究用装置の性能が本研究の達成目標を実現できるのか再考する必要が生じたため
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