2020 Fiscal Year Research-status Report

β型Ti合金における特異な{332}双晶変形の前駆現象解明と力学特性制御への応用

Research Project

Project/Area Number	19K05060
Research Institution	Osaka University
Principal Investigator	趙研大阪大学, 工学研究科, 准教授 (00633661)
Project Period (FY)	2019-04-01 – 2022-03-31
Keywords	双晶変形 / マルテンサイト / 温度依存性 / 臨界分解せん断応力 / 単結晶 / 相変態
Outline of Annual Research Achievements	令和元年度に室温にて{332}<113>双晶変形によって塑性変形することが明らかとなっているTi-12Mo(mass%)合金の単結晶試料を作製し、α"マルテンサイト相の形成に優位な方位および{332}<113>双晶の形成に優位な方位（原子のせん断およびシャッフリングに注目した場合）でそれぞれ室温以下の温度で圧縮した結果、どちらの場合も{332}<113>双晶が発現するもののそれぞれの場合で同双晶形成のためのCRSSが異なることが明らかとなった。このことから、同双晶変形の発現メカニズムは複数存在し、変形する方位に依存する可能性があることが示された。そこで、令和２年度は、変形後の各試料について、透過型電子顕微鏡を用いて観察、解析することでα"マルテンサイト相を前駆体として経由する場合の形成メカニズムについて詳細に調査した。その結果、α"マルテンサイト相の形成に優位な方位で圧縮した試料では、形成した{332}<113>双晶中にナノスケールのα"マルテンサイト相が多数存在することが明らかとなった。また、このとき、４つのバリアントを持つω相の内、１つが優位に増加していることを発見した。室温での引張変形中の同合金における相変態を中性子解析法にてその場観察した結果においてもω相に由来するピークの増加が確認された。これは、α"マルテンサイト相から{332}<113>双晶が形成する際、<0001>ω方向に平行な原子がせん断された結果だと考えられる。つまり、この特定のバリアントを持つω相の形成がα"マルテンサイト相を前駆体とする同双晶形成のトリガーとなっていることを示唆している。従来、ω相は同双晶の形成に影響を及ぼさないことが報告されていることから、これらの新たな知見は非常に興味深い。以上のように、変形に伴う{332}<113>双晶の形成に準安定β型合金特有の複雑な相変態が大きく関わっていることが明らかとなった。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 令和２年度は、変形に伴う{332}<113>双晶の形成メカニズムを明らかにすることを計画していた。これ達成するため、同双晶変形が発現した試料の変形組織をナノメートルオーダーで観察、解析した結果、ω相が大きな影響を及ぼしていることを明らかにすることができた。このことから、本研究は、順調に進捗していると言える。総合的に評価した結果、本研究はおおむね順調に進展していると判断する。
Strategy for Future Research Activity	令和２年度の成果として、{332}<113>双晶の形成に複雑な相変態が大きく関わっていることが明らかとなった。そこで、令和３年度は、まず、相変態挙動に大きな影響を及ぼすことが知られている、ひずみ速度（変形速度）に着目し、{332}<113>双晶の形成過程の理解を深化させる。そのため、多結晶および単結晶試料に対して室温にて4桁程度ひずみ速度を変化させて引張および圧縮変形を与える。変形後の各試料について、相変態や結晶回転に注目して電子線後方散乱回折およびナノメートルオーダーの変形組織観察を実施する。また、これまでに得た知見を基に、{332}<113>双晶の発現を誘起可能な合金設計を行い、汎用合金であるTi-6Al-4V合金を超える優れた強度－延性バランスを有する新合金を提案する。