2021 Fiscal Year Annual Research 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 / 粒径 / 強ひずみ加工 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、強ひずみ加工による超微細結晶粒を有する金属材料の力学挙動の解明とそのモデル化を目的として実施した。
本研究期間の範囲内では、工業用純アルミニウムと銅を具体的対象として研究を実施した。まず、強度(変形中の流動応力)を、非熱的(時間非依存)成分と熱的(時間依存)成分に分離できると仮定した。ひずみ制御方式の24時間応力緩和試験を用い、試験結果を外挿して無限時間経過後の残存応力値(予測値)を非熱的応力と定義した。アルミニウム、銅共に、強ひずみ加工(本研究 ではequal-cannel anglar pressing法=ECAP法を採用)により結晶粒は微細化(平均粒径 アルミニウム：1.6um、銅：0.6um)されるものの、 非熱的強度は２材料共にECAP 2 パス後が最大で、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。これによりHall-Petch則として認識されている「結晶粒微細化=高強度」という常識は巨大ひずみ加工材（少なくともアルミニウムと銅）には当てはまらないことが判明した。同種のデータは既往のどの研究にも示されておらず本研究における発見の一つである。ECAP 加工による微細結晶粒材料に低温度焼鈍を施したところ、アルミニウムの場合には非熱的強度が約5倍に増大しいわゆる焼鈍硬化が発現したが、銅の場合には焼鈍硬化は全く見られなかった。結論は以下の通りである。（１）巨大ひずみ加工まま材では結晶粒微細化による非熱的強度の上昇はない。（２）巨大ひずみ加工による結晶粒微細化に伴う非熱的強度の上昇はないことから必ずしも粒界は転位運動の障壁ではないことが強く示唆される。（３）焼鈍硬化による高い非熱的強度の発現はアルミニウムのみで観察され、材料によって強化機構が異なる。（４）これらの実験結果を表現するための簡易数理モデル(弾粘塑性型)を定式化した。
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