2022 Fiscal Year Research-status Report
A novel method for overcoming the strength-ductility trade-off of titanium and titanium alloys by high-density pulsed electric current
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22K20408
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
顧 少杰 名古屋大学, 工学研究科, 特任助教 (00966830)
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| Project Period (FY) |
2022-08-31 – 2024-03-31
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| Keywords | マルテンサイト変態 / 高密度パルス電流 / 純チタンとチタン合金 / 整合界面 / 強度と延性の向上 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
令和4年度は、高密度電流処理によって純チタンおよびチタン合金の強度と延性が同時に向上する現象を主に研究し、その発生メカニズムについて予備的な探索を行った。以下の研究実績を得た。
(1)純チタンおよびチタン合金の機械的特性の向上
今年度、純チタン、Ti-6Al-4V、Ti-6Al-7Nbなどの材料について、電流処理による機械的性能の改善現象を実施した。そして、現在の研究領域でよく使用される大変形処理、熱力学処理、3Dプリンタなどの方法で作られたチタンおよびチタン合金材料の機械的性能と比較した。その結果、この研究は簡単と省エネの利点を持ち、処理された材料は機械的性能で非常に優れていることが示された。関連する成果は特許申請に至っている。また、(A1)純チタンの曲げ加工によって導入される加工硬化に対して、電流処理法によって残留応力の除去と弾性回復を成功裏に実現した。微細構造では、電子風力による転位の移動と消滅、および変形双晶の除去を明らかにした。さらに、(A2)Ti-6Al-4Vに対して電流処理法を連続的に多数回行い、最終的な延性を287%向上させることに成功した。上記の研究成果は現在投稿中である。
(2)強化メカニズムの予備的解明
上述のチタンおよびチタン合金の機械的特性を向上させる原理は、転位および結晶粒に対する影響だけでなく、電子風によって促進されるチタンおよびチタン合金のマルテンサイト変態にも関連している。このメカニズムは、現時点ではこの課題のユニークな発見である。その場EBSDおよびEDS法を使用して、電流処理前後の微細構造の変化を観察している。結果は、この課題で発見されたマルテンサイト変態が、チタン合金の第2相における安定化元素の不均一な拡散に関連している可能性の結果を得た。関連する研究では、来年度に検証と分析を実行する必要がある。
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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
上述研究実績の概要に基づき、当初提出された研究計画を実現するだけでなく、(A1-A2)チタンおよびチタン合金材料の加工性向上に向けた高密度電流処理方法を研究することができた。さらに、研究計画に基づき、チタンおよびチタン合金が電流作用下でマルテンサイト変態を起こし、多数の整合晶界が伴う原因を予備的に解明した。これは、第二相安定化元素の空間的な不均一な拡散と関連している可能性がある。しかしながら、この仮説はまだ完全に検証されておらず、より多くの証拠が必要である。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和5年度には、高密度電流処理下で形成されるチタンおよびチタン合金のマルテンサイト相変態と大量の整合晶界形成現象の原理解明を進める。本年度には、透過電子顕微鏡およびその場透過電子顕微鏡観察を行い、第二相安定化元素の拡散とマルテンサイト相変態の関係に着目し、より深い原理の解明を目指する。
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