2023 Fiscal Year Annual Research Report
塑性変形能を有する従来にない硬質材料の創製とそのメカニズムの解明
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21K04671
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| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
中山 博行 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 材料・化学領域, 主任研究員 (00510075)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 応力誘起マルテンサイト変態 / 超硬合金 / サーメット |
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| Outline of Annual Research Achievements |
強度に優れる硬質材料に延性を付与するために、結合相に応力誘起相変態を生じる(Fe-Ni)合金を用いた。具体的にはWC-20 mass% (Fe-Ni)およびTiC-33 vol.% (Fe-Ni)となる合金を粉末冶金法で作製した。
その結果、WC-20 mas%(Fe-Ni)の場合、FeとNiの組成比を最適化することで、曲げ変形中に(Fe-Ni)がfcc構造からbcc構造へ相変態していることがわかった。さらに作製したWC-20 mass%(Fe-Ni)合金は従来材であるWC-20 mass%Co合金に比べて、高い曲げ強度を示した。これは、(Fe-Ni)の相変態に伴い、材料中に発生した応力集中が緩和され、新たに別の箇所に応力集中が発生したためと考えられる。このような、応力集中と緩和が繰り返されることで、従来のWC-20mass%Co合金に比べて、強度が向上したと思われる。その際、併せて延性の向上も期待できるが、試料は脆性的に複数の微細片に破壊し、今回の測定では明瞭な延性向上は認められなかった。しかし、従来の同組成の超硬合金に比べて、わずかな延性向上が確認できた。
次に、WCに比べて資源リスクの小さいTiCを用い、TiC-33 vol.% (Fe-Ni)を作製した。WCの場合と同様にFeとNiの組成比を最適化することで、(Fe-Ni)合金にfcc-bcc相変態を誘起させることができた。その際の変形歪を4点曲げにより歪みゲージを用いて測定した。その結果、相変態が生じなかった場合、試料は脆性的に破壊したが、変形時にfcc-bcc相変態が確認できた試料は2％以上の塑性変形が確認でき、破断強度も相変態が生じなかった試料よりも大きく、最大で3GPaを示した。
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