2020 Fiscal Year Research-status Report

Ti合金における変形誘起相変態に起因した弾性率軟化現象の解明と生体材料への応用

Research Project

Project/Area Number	19K22059
Research Institution	Osaka University
Principal Investigator	多根正和大阪大学, 産業科学研究所, 准教授 (80379099)
Project Period (FY)	2019-06-28 – 2022-03-31
Keywords	塑性変形 / 相変態 / チタン合金 / 弾性論
Outline of Annual Research Achievements	最近の研究により、低ヤング率化を実現したbcc構造を有するβ型チタン合金において、その弾性率が塑性変形およびそれに伴うオメガ変態(変形誘起オメガ変態)によって低下する可能性が示唆された。しかし、塑性変形およびそれに伴う結晶方位変化、変形誘起オメガ変態等の諸因子と弾性率変化との相関関係はこれまでに十分に明らかになっていない。本年度は、塑性変形およびオメガ変態と単結晶の弾性率変化との関係を明らかにするため、昨年度作製したbcc安定化元素であるV濃度の異なるTi-V合金の単結晶を用いて、圧縮変形に伴う塑性変形および変形誘起オメガ変態の前後において、室温時効に伴う単結晶弾性率の経時変化を調べた。まず、昨年度に育成した単結晶から、ラウエ法および放電加工機を用いてすべての面が{100}面で囲まれた直方体試料を切り出し、bcc相単相領域での溶体化処理を行った。溶体化処理後の試料に対して、超音波共鳴法と電磁超音波共鳴法を組み合わせた手法を用いて、室温時効に伴う単結晶弾性率の経時変化を測定した。時効に伴って弾性率は増加し、その増加は、bcc構造の安定性に依存した時効に伴うオメガ変態挙動を反映していると考えられる。次に、弾性率の経時変化を測定した単結晶試料に対して、溶体化処理を行い、溶体化処理後の試料に対して、圧縮試験を行った。さらに、圧縮試験による塑性変形後の試料に対して、再度、超音波共鳴法と電磁超音波共鳴法を組み合わせた手法を用いて室温時効に伴う単結晶弾性率の経時変化を測定した。これにより、室温時効に伴う無拡散等温オメガ変態、塑性変形および変形誘起オメガ変態による弾性率変化の相関関係およびそれらとbcc構造の安定性との関係が明らかとなった。さらに、マイクロメカニックス理論を用いた弾性率変化の解析により、無拡散等温オメガ変態、塑性変形および変形誘起オメガ変態によるオメガ相の形成量を解析した。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason bcc安定化元素であるV濃度の異なるTi-V合金の単結晶を用いて、圧縮変形に伴う塑性変形および変形誘起オメガ変態の前後において、室温での時効に伴う単結晶弾性率の経時変化を調べた。これにより、室温時効に伴う無拡散等温オメガ変態、塑性変形および変形誘起オメガ変態による弾性率変化とbcc構造の安定性との関係を明らかにした。さらに、マイクロメカニックス理論を用いた弾性率変化の解析により、無拡散等温オメガ変態、塑性変形および変形誘起オメガ変態によるオメガ相の形成量を解析することができた。
Strategy for Future Research Activity	bcc構造の安定性の異なるTi-V合金の単結晶試料に対して、電磁超音波共鳴法を用いて、低温域での内部摩擦変化を測定し、低温での内部摩擦ピークを解析することにより、変形誘起オメガ変態における原子移動の活性化エネルギーを解明する。マイクロメカニックス理論に基づいたオメガ相形成に伴う弾性拘束効果の解析等によって、塑性変形およびそれに伴う変形誘起オメガ変態および結晶方位変化に対するモデルを構築する。構築したモデルにより、変形誘起オメガ相変態に伴う弾性率変化の結晶方位依存性とbcc構造の安定性および塑性変形量との相関関係を明らかにした上で、塑性変形および変形誘起オメガ変態に伴う弾性率変化を明らかにする。
Causes of Carryover	次年度使用額は、今年度の研究を効率的に推進したことおよび新型コロナに関連した国際会議等の延期に伴い発生した未使用額である。次年度使用額を、使用頻度の高い装置のメンテナンス費用および消耗品の購入費に使用し、研究を効率的に進めるとともに、学会等の参加費に使用することで、研究成果の発表を実施する。