2019 Fiscal Year Research-status Report
超微細組織を有する金属材料の力学挙動の数理モデル化
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19K04066
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| Research Institution | Yamagata University |
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Principal Investigator |
黒田 充紀 山形大学, 大学院理工学研究科, 教授 (70221950)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 金属材料 / 強度 / 粒軽 / 強ひずみ加工 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
強ひずみ加工による超微細結晶粒を持つ工業用純アルミニウムを対象に、極低速引張り試験（ひずみ速度～10^-7/s；一般の引張り試験機での下限速度に近い）を実施した。その結果，強ひずみ加工(本研究ではequal-cannel anglar pressing=ECAP法を採用）により結晶粒は微細化(粒径44um[ECAP 0 パス時]-->1.6um[ECAP 0 8パス加工終了時]）されるものの、強度（降伏応力）はECAP 1 パス後に最大となり、その後繰返されるECAP加工に伴って、大幅に低下（軟化）することを明らかにした。具体的にはECAP 8 パス後の強度は，ECAP 1 パス後のそれの60%程度まで低下した。これにより「結晶粒微細化＝高強度」という常識とされてきた従来の知見は正しくないことが判明した。ECAP 8 パスを施した材料に低温度焼鈍（175℃; 0.5h or 6h）を施したところ、強度は２倍以上になった。焼鈍で強度が倍以上増加する現象は過去に報告の例がない。続いて、通常のひずみ速度（10^-2/s)において同様な試験を実施したところ、見かけ上「強ひずみ加工により結晶粒は微細化されるとともに強度が増加し、低温焼鈍により強度がやや低下する。」という従来の「常識」に合致する観察結果が得られた。極低速試験と通常速度試験において全く異なる挙動が検出される原因として、強ひずみ加工によって材料に著しい粘性（時間依存性）が付与されていることが明らかとなった。これらの現象を説明するために降伏応力を時間依存成分と非時間依存成分に加算的に分解する数理モデルを考えた（精密化は次年度の研究に委ねる）。
同様の実験を、純銅とアルミニウム5000系合金に対して行うべく試験片の作製を行った（実際の試験は次年度に行う）。
さらに、繰り返し塑性挙動の調査に必要な簡易試験法の開発を別途行った。
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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
研究計画当初の学術的問い「A）粒径が小さいことが強度の主要因であるという認識は正しいか？」に対しては，「巨大ひずみ加工まま材では，結晶粒微細化による強化はない」という結論を実験により確かめた。「C）巨大ひずみ加工まま材は著しい粘性を持ちこれが低温焼鈍で消えるのでないか。これが巨大ひずみ加工材の高強度発現過程ではないか？」に対しては，これが正しいことを実験的に確認した。「C）粒界は転位運動の障壁か否か？」については，それを確認するための試験方法を整備した。上記A)とB)については，これらの現象を説明するための簡易の数理モデルを考えた（初期段階のモデル）。
以上の進捗状況により、少なくとも3年計画の１/３程度の目標は達成できており評価は(2)とした。
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| Strategy for Future Research Activity |
次年度は、今年得られた知見が他の材料でも適用可能かどうかを確認する研究を行う。具体的には、純銅、Mg系アルミニウム合金を対象に研究を行う。数理モデルについては精密化を目指す。
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| Causes of Carryover |
次年度使用額は4,890円であり、ほぼ予算はほぼ使用した。この予算は次年度の実験消耗品に有効に活用する計画である。
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