2021 Fiscal Year Research-status Report
Development of novel light metal superalloys under the concept of mechanical conflict microstructural control
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21K18826
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| Research Institution | Nagoya Institute of Technology |
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Principal Investigator |
萩原 幸司 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (10346182)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
眞山 剛 熊本大学, 先進マグネシウム国際研究センター, 准教授 (40333629)
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| Project Period (FY) |
2021-07-09 – 2023-03-31
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| Keywords | 軽金属 / 耐熱材料 / 組織制御 / 局所変形 / 不均質組織 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，新学術・ミルフィーユ構造の材料科学では取り挙げられない，ラメラ以外の形態を有する複相合金に着目し，軟質相への応力集中，局所変形を意図的に誘導することで複相材料の力学高機能化を試みるべく検討を進めている．
本年度は，Mg, Alを母相としつつも組織として平滑なラメラ組織が発達しない共晶合金，具体的にはAl-Ce, Al-Y, Al-Si, Al-Mg-Si, Al-Ge, Al-Mg-Zn, Mg-Li, Mg-Sn, Mg-Cuといった合金系に着目し，ブリッジマン法による一方向性凝固組織制御を行った．この結果，合金種に依存し，成長方向に対し方向性を有するものの，ロッド状，迷路状，短冊状といった，種々の組織制御が達成された．これら各試料の力学特性を圧縮試験により評価したところ，Al-Mg-Zn合金にて室温から高温にまで続く高強度が見出されたが，それ以外の合金では温度の上昇に伴い強度は低応力のまま単調に低下し，期待されるような高温高強度化が実現されなかった．各試料の変形組織を観察したところ，特定部分でのせん断変形の進行が多くの材料で認められたが，いわゆるキンク変形帯のような局所変形帯の形成はほとんど観察されなかった．このことから局所変形帯導入による高強度化はロッド状組織の制御だけでは困難であることが示唆された．このような実験結果が得られた要因を数値的に検討するための計算手法の構築にも着手し，異なる変形機構を有する２相からなる合金の予備解析を実施した．来年度は以上を踏まえ，計画で想定したような加工熱処理との組み合わせによる変形帯誘導の可能性について検討する．また計算機実験の観点からも，ロッド状複相材料において期待されたせん断帯形成が実現されなかった理由，その発現のための条件について引き続き検討を進め，実験へのフィードバックを目指す．
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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
コロナ禍により，出張が大きく制限されることから共同研究者間での対面での討論は本年度は数度しか実現できなかったが，オンライン会議システムを最大限に活用することで，それを埋め合わせる以上の緊密な研究打ち合わせを頻繁に行うことで，予定通り研究は進捗している．
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| Strategy for Future Research Activity |
昨年度の成果を基に，本年度は一方向性凝固した非ラメラ状配向組織結晶に圧延処理を行うことにより，組織形態変化，加工組織分布の制御による，力学特性が層状化した「模擬的異方性組織」の作製，制御を試みる．圧延温度，圧化率とその後の変形機構との相関に着目し，検討する．またこの加工組織制御の際には完全共晶組成のみならず，組成制御により初晶を分散させた結晶にも注目することで，局所誘導的加工硬化制御の実現に取り組む．さらにこの発達組織に対し，結晶塑性有限要素解析(CPFEM)を適応することで，微視的な変形拘束，変形局在化がマクロ力学特性に与える寄与の解明，という実験・計算の融合アプローチに取り組む．また同時に上述の非ラメラ状配向組織結晶の強度・延性の支配因子についても力学試験の実施により検討を進めることで，上述の模擬的異方性組織の発達，力学特性制御をより効果的に実現する方策について検討を進める．
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Research Products
(9 results)
