2007 Fiscal Year Annual Research Report
超高速一方向共晶凝固と共析分解・球状化熱処理による高靭性耐熱ニオブ基合金の実現
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19206071
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
三浦 誠司 Hokkaido University, 大学院・工学研究科, 准教授 (50199949)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
毛利 哲夫 北海道大学, 大学院・工学研究科, 教授 (20182157)
渡辺 精一 北海道大学, エネルギー変換マテリアル研究センター, 教授 (60241353)
大笹 憲一 北海道大学, 大学院・工学研究科, 准教授 (90111153)
三島 良直 東京工業大学, 総合理工学研究科, 教授 (00143660)
木村 好里 東京工業大学, 総合理工学研究科, 准教授 (90262295)
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| Keywords | 一方向凝固 / 共晶凝固 / 共析分解 / 球状化 / 耐熱合金 / 靭性 / ニオブ / シリサイド |
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| Research Abstract |
導入した超高速一方向凝固炉による合金試料作製法を確立した。凝固速度(15〜4200mm/h)の共晶組織への影響を、SEM-EBSD法による異相間結晶学的方位関係解明によって調査した。高速凝固条件下では構成相(NbおよびNb_3Si)の凝固方向はそれぞれ特定の結晶学的方位(優先成長方位)となること、Nbロッドは高速凝固条件下で微細化するが、共晶セルサイズの凝固速度依存性は小さいことなどを明らかにした。よって、凝固制御により高温クリープ変形に対して有利な「延性粗大粒+微細強化相」組織実現が可能であると結論できる。凝固組織形成過程を明らかにするためのセルラーオートマトン法による凝固組織形成シミュレーション、高分解能電子顕微鏡による界面観察を行いつつある。
共析分解熱処理を施したNb-Nb_5Si_3合金の変形挙動を調べた。高温変形はNbマトリクスのバルク拡散律速クリープ変形によって支配されるが、微細分散Nb_5Si_3相によって大きく強化されている。この組織により、1200℃以上では20%を超える十分な塑性変形能とニッケル基超合金に比して200℃以上高い耐熱性を示すことを明らかにした。一方、高温変形後には微細強化相のさらなる微細化・球状化が認められた。高温鍛造に対応するこの組織制御法を適用したところ、常温圧縮変形能は1.5%から2.5%へと改善された。高強度・高靱性という目標を実現するための組織因子の明確化のために、微細強化相の常温靱性をNiiharaの方法によって求めた。得られたKc=2.5MPa・m^<1/2>という値から、現在の強度レベルでの強化相破壊を避けてある程度の靱性を確保するためには強化相サイズを現在の半分程度の1ミクロン程度にすればよいと結論され、熱処理条件および高温鍛造条件を最適化してこの目標実現を追求する。
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