2011 Fiscal Year Annual Research Report
超高強度高靭性次世代型金属系ナノ組織構造材料の開発とその変形強化機構の研究
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22246015
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| Research Institution | Ube National College of Technology |
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Principal Investigator |
藤田 和孝 独立行政法人国立高等専門学校機構 宇部工業高等専門学校, 機械工学科, 教授 (10156862)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
徳永 仁夫 独立行政法人国立高等専門学校機構宇部工業高等専門学校, 機械工学科, 准教授 (70435460)
山崎 徹 兵庫県立大学, 工学研究科, 教授 (30137252)
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| Keywords | 金属ガラス / ナノ結晶合金 / アモルファス合金 / 引張塑性変形 / 加工硬化 / 靭性 / 熱的構造安定性 / フラクトグラフィ |
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| Research Abstract |
金属ガラス合金(MGA)とナノ結晶(NCA)合金の塑性変形機構解析のため、高速度ビデオカメラも用いて塑性変形過程の観察を行った。MGAについては、Zr基MGAの組成を過共晶(Zr45at%)から亜共晶(Zr65at%)まで振って作製し、塑性変形の出やすい低温下で引張試験を実施した。その結果、Zr55～65at%で一部塑性変形が出たが、破面様相は従来の様相と変わらず、Zr濃度の変化によるガラス遷移温度、結晶化温度および粘性の変化だけでは、大幅な延性の増加と加工硬化の発現は難しいことが分かった。NCAの塑性変形はNiの多い網目状をなすナノ結晶粒の境界に沿い生じるのではなく、むしろ網目状組織とは無関係に直線的にせん断すべり変形していることを確認した。また,破面近傍のくびれ機構については、発生したせん断帯が交互に切合ったため生じたと考えられた。せん断帯は、破断直前の1×10^<-3>～1×10^<-5>秒間に一方の表面から他方の表面まで断面を直線的に走り、これらの時間内で破断することを確認した。
組成を変えた高粘性Zr基MGAの探索・作製については、共同研究者の山崎教授により従来よりも粘度が約1桁大きい(1×10^<-7>Pa・sec以上)組成の探索はほぼ完了し、この試料を作製して圧縮試験を実施した。その結果、20%を超える大きな塑性変形が生じた。引張試験は準備を行っており、次年度に実施する。NCA粒径と網目状ナノ組織構造の寸法を変えたナノ結晶合金の製作では、酸素が材料の脆化に関係していることから、Arガスバブリングを行い、酸素濃度を落としたNCAの開発を先行させた。その結果、従来、高強度なものは20μm厚さまでしか作製できなかったが、50μm厚さのものまで作製できるようになった。しかし、20μm以下の薄い場合も塑性変形が生じにくくなった。また、一部、網目状組織が塑性変形に寄与している例が見られた。
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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
[1]金属ガラス合金とナノ結晶合金の塑性変形機構については、高速度ビデオカメラ観察も通じて、それらの発現機構の大略は明らかになった。[2]金属ガラスでより大きな塑性変形を生じさせるために、粘性の大きな組成を探索し、その効果を圧縮試験で確認した。ナノ結晶合金では網目状組織は基本的に塑性変形に寄与していないとみられたが、作製方法を変えた試料では関与しているようにも見られ、今後より詳細な検討が必要である。[3]ナノ結晶合金の塑性変形時には、ナノ結晶が成長していることが、ほぼ確実になってきた。これを上手く使うことにより、より高強度で、靭性のある新規な金属材料の開発につなげられる可能性が出てきた。金属ガラス合金についても、粘性に加え、ナノ準結晶の析出が大きな圧縮塑性変形に寄与しており、ナノ準結晶も析出させる方向での開発を続ける。
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| Strategy for Future Research Activity |
ナノ結晶合金については、極短時間の塑性変形時にナノ結晶が成長して加工硬化率が大幅に上昇し、時に粒内の降伏と思われる現象が観察され始めた。材料作製は試行錯誤によるところもあるが、これらの関係を上手く使えれば、超高強度と高延性が両立できると思われ、この方向をさらに推進する。金属ガラスについても、粘度の高い材料の引張り試験で、より大きな塑性変形と加工硬化が発現しない場合は、熱処理や予加工により、多くのナノサイズの準結晶を析出させ、達成を計る。
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