2023 Fiscal Year Annual Research Report
構造材料の結晶粒界・転位偏析計算システムの構築と偏析デザインによる組織制御
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21H01676
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| Research Institution | National Institute for Materials Science |
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Principal Investigator |
大沼 郁雄 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 構造材料研究センター, 主席研究員 (20250714)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 鉄鋼材料 / 銅合金 / アルミニウム合金 / 結晶粒界偏析 / CALPHAD / 熱力学・拡散データベース / 格子欠陥 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
各種構造材料において，溶質元素や不純物元素の粒界偏析が材料の組織と特性に多大な影響を及ぼすことが知られている．本研究では鉄鋼材料，Cu合金，Al合金における多種類の偏析元素を対象に，複合偏析の相互作用効果，結晶粒径，粒界エネルギー，粒界・転位偏析の温度依存性を考慮して，CALPHAD法を援用した偏析濃度計算システムを構築し，実験結果と比較してその精度を検証する．
R5年度はアルミニウム合金の熱力学データベースを用いて，熱力学計算ソフトウェアのThermo-Calcにより計算されるAl母相と粒界相の自由エネルギー，およびAl中の偏析元素の拡散係数を，TQ-Interfaceを介して，本研究で開発した粒界偏析計算プログラムに取り込み，多種類の微量偏析元素を含有するAl中における熱処理温度と熱処理時間を考慮した多成分系複合偏析計算システムを構築した．
Al-Mg-Si系合金は成形性や耐食性に優れるため自動車用のボディ板材として利用されている．その強度の発現には塗装焼付時の時効硬化の最適化が要求されるが，室温に保持した後に人工時効すると十分に時効硬化しない「二段時効の負の効果」が生じることが報告されている．R5年度に構築したAl合金の粒界偏析計算システムを用いて，多結晶Al基合金（Al-0.96Mg-0.84Si [mass%]）を270Kから650Kの温度範囲で3600s熱処理した条件でのMgとSiの偏析挙動を計算した結果，MgとSiの偏析比 x_Mg/x_Siが，380Kでx_Mg/x_Si≒3のピークを示し，その±40Kまでにx_Mg/x_Si≒2に低下する傾向が判明した．この傾向は二段目時効材の最終硬さの予備時効（一段目）温度依存性にほぼ一致しており，濃度の異なる有害・有効クラスタの形成に格子欠陥への溶質原子の偏析が影響をおよぼしている可能性を示唆する結果と考えられる．
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| Research Progress Status |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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