2019 Fiscal Year Research-status Report
デュアル元素粒界偏析を活用したマグネシウム合金の高速変形能化
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19K05068
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| Research Institution | National Institute for Materials Science |
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Principal Investigator |
染川 英俊 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 構造材料研究拠点, グループリーダー (50391222)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 材料工学 / マグネシウム / 高速超塑性 / 粒界偏析 / 変形機構 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題で使用するMg二元系、三元系合金バルク材を、重力鋳造にて溶製した後、押出、鍛造、溝ロール圧延などの温間展伸加工によってバルク材を創製した。X線回折とEBSD、TEMを用いて、各種展伸バルク材の微細組織観察を実施した。なお、TEM観察は二元系合金のみである。展伸加工法に関係なく、各バルク材の結晶粒サイズは数ミクロン程度からなり、二元系合金は金属間化合物が母相内に分散していないことを確認した。また、展伸加工法と加工温度を調整することで、バルク内に占める大角粒界と小角粒界の割合が変化し、大角粒界には添加溶質元素が偏析していることを確認した。
本年度は、粒界構造の異なる（=バルク内に占める大角粒界の割合が異なる）二元系合金に注力し、巨視的および微視的力学応答を評価するため、室温・高温引張、圧縮試験と、インデンテーションクリープ試験を実施した。Mg-Mn合金を用いた微視的力学評価試験では、局所クリープ応答は粒界構造に敏感であり、大角粒界近傍の押込深さ時間依存性が大きいのに対し、小角粒界近傍では乏しい。この結果は、ひずみ速度感受性指数：m値が異なることを意味し、添加したマンガン元素が結晶粒界に偏析しているか否かによって、局所塑性変形に対する粒界すべりの寄与が変化することを示唆している。Mg-Mn二元系バルク材を用いた巨視的力学試験でも同様の傾向、すなわち、大角/小角粒界の高密度化が粒界すべりを促進/抑制し、バルク内に占める大角/小角粒界の割合が主変形機構に及ぼす内的影響因子であることを究明した。一方、Mg-REやMg-Caなどの二元系合金の場合、Mg-Mn合金で観察した粒界構造の違いによる押込応答や(巨視的な)変形機構の差異が確認できず、二元系合金の室温塑性変形機構は、結晶粒界に偏析する元素に起因することを明確にした。
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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
申請時の本年度研究計画では、研究課題で使用する二元系、三元系展伸バルク材の創製と力学特性評価の実施を予定していた。前項では、内部微細組織(結晶粒サイズと粒界構造)を制御した各種バルク材の創製に成功している。後項では、二元系合金を対象に、力学特性と変形機構に及ぼす粒界構造の影響について明確にしている。三元系合金に関する詳細な微細組織観察には至らなかったが、二元系合金を対象とした研究は、当初計画どおりに実行でき、結果や成果取得できていることから、「概ね順調に進んでいる」と評価した。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度創製したMg三元系合金に対し、巨視的および微視的な力学応答評価を展開し、変形モデル構築に必要な外的影響因子（温度とひずみ速度）に関するデータを蓄積するとともに、微細組織観察ではデュアル粒界偏析vs.第三元素添加について注力する予定である。また、デュアル粒界偏析を促進/抑制する添加元素を予測し、補完するためには、結合エネルギーなどの物性値の取得が必要である。これらを実験から直接取得することが困難であるため、次年度からは計算科学を用いて検証する予定であり、モデル化の検討を開始する。
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| Causes of Carryover |
非鉄金属材料の展伸加工に関する経験やノウハウを活かし、想定している内部微細組織からなる展伸バルク材を、当初予定より順調かつ容易に創製することができた。そのため、試料作成費に計上していた予算に差額が生じた。また、微視的力学評価では、新規ナノインデンテーション圧子購入を想定し計上していた。しかし、所属機関内設置の圧子を用いることで、十分評価可能であったことから、新規購入する必要がなく予算に差額が生じた。
次年度は、三元系合金の微細組織観察にも注力する。SEMやTEMが主たる観察ツールであり、所属機関内共通装置を使用するが、装置使用料は使用時間に応じた課金制度となっている。研究を加速させるために、本年度の差額予算を活用し、使用頻度を増加する予定である。また、寸法精度が要求される試験片加工費にも充当し、巨視的力学特性に関するデータ蓄積を促進する予定である。
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