2022 Fiscal Year Research-status Report
配列析出相を含むアルミニウム合金マイクロピラーの力学特性と転位動力学
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20K05164
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
村石 信二 東京工業大学, 物質理工学院, 准教授 (70345156)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | アルミニウム合金 / マイクロメカニクス / 応力時効 / 配列効果 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
析出強化型アルミニウム合金の微細なミスフィット析出物は，結晶学的に等価なバリアントに析出することで高強度化を達成している。しかしながら，析出物の形状や析出面，母相との格子定数のミスマッチ等が析出強化に及ぼす影響は未だに不明であり，さらなる高強度化を目的とした材料設計において，個々の析出物と格子欠陥「転位」との相互作用の調査研究は不可欠である。
本研究では，2021年度までにAl-Si-Mg合金多結晶に応力時効を施し，β"相の応力配列効果と配列効果による変形異方性を明らかとした。しかしながら，先行研究で報告したAl-Cu系合金のGP-zoneとθ"相の｛001｝板状析出物のような顕著な配列効果が確認されず，合金組成に依存した降伏応力の違いが塑性変形に及ぼす影響，インストロン型試験機と赤外線加熱炉による大気中での応力時効の影響，が懸念される。
そこで，一定応力下での時効を可能とするオイルバスの溶媒中で応力時効を施し，Al-Cu合金を用いて応力配列効果の検証を行ったところ，GP-Zoneとθ”相の優先配列が顕著であり，観察された硬さの変形異方性はGP-Zoneとθ”相配列析出に起因すると考えられ，応力時効に用いた実験装置の影響は本質的ではないことが明らかとなった。
従って，Al-Si-Mg合金中のβ”相の配列効果については，β”相のソルバス温度を考慮し，より低温側での応力時効を検討する必要がある。更にAl-Cu合金に比べて，Al-Si-Mg合金の降伏応力が低いことからも，応力時効中の塑性変形がβ”相の配列効果に影響しているとも考えられ，引き続いてAl-Si-Mg合金中のβ”相の配列効果を検討する必要がある。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
応力時効では析出物の核生成に外力が作用することで配列効果が発現する。応力配列効果を利用して結晶学的に特定の方向に析出物を優先配列させて，配列析出相による変形異方性を調査することが重要である。
2022年度までのAl-Mg-Si合金中の針状β”相の調査研究では，配列効果が明瞭には観察されなかった。これは2002年当時に明らかとしたAl-Cu合金単結晶中のGP-Zoneの配列効果の研究から20年を経て，実験装置を新たにセットアップすることにも影響された結果と思われた。このような経緯によりAl-Cu合金多結晶の配列効果と変形異方性を再検討した結果，応力時効の装置に依らず配列効果が発現し，実験装置の違いが本研究遂行に与える影響は非常に少ないと結論された。応力時効したAl-Cu系合金多結晶による微小硬さ試験では硬さの異方性が発現し，これは配列析出相の影響である。
従って，本手法によりAl-Mg-Si合金中の針状β”相の配列効果については，より低温・低応力側の実験条件で継続して調査する必要があると考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
析出物配列効果では，外力が析出物の核生成に大きく影響を及ぼすことで特定のバリアントに優先析出する現象である。Al-Cu中の溶質原子は，板状GP-Zoneの前駆相を経て同じく板状のθ’相に遷移するのに対して，Al-Mg-Si合金中の溶質原子は，SiとMgからなる球状のナノクラスターを形成した後に，針状のβ”相に遷移するという両者の違いがあり，単純ではない。Al-Mg-Si合金の配列効果を達成する為には，塑性変形の生じない弾性域での応力時効，またβ”相が再固溶しないソルバス温度以下での応力時効により，β”相の配列効果の検討を進める。
本研究では，配列析出した析出相による力学的な強度と変形異方性を明らかとすることが主目的である。硬さ試験では，応力時効の応力軸に対して硬さの変形異方性が発現していることから，より微小領域の硬さを測定するナノインデンターも併用し，配列析出相を含んだマイクロピラーによる力学的な変形異方性の調査を進める。
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| Causes of Carryover |
当該研究の主目的である析出物の配列効果の未解決な部分を次年度に継続して研究する為。使途として，学内の共用設備の利用料金に使用する予定である
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