2023 Fiscal Year Research-status Report

整合ナノ析出物に誘起される特異強化の発現理解と600℃級bcc耐熱合金への挑戦

Research Project

Project/Area Number	23K17819
Research Institution	Osaka University
Principal Investigator	趙研大阪大学, 大学院工学研究科, 准教授 (00633661)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	安田弘行大阪大学, 大学院工学研究科, 教授 (60294021)
Project Period (FY)	2023-06-30 – 2025-03-31
Keywords	新規析出強化 / 金属間化合物 / 軽量耐熱合金 / ナノ析出物 / 格子ミスフィット
Outline of Annual Research Achievements	2023年度は、bcc Fe合金にて見出した「母相（bcc Fe）と析出物（B2 NiAl）の主すべり系の差異による新規析出強化機構（Slip frustration hardening, SFH）」をbcc Ti合金においても発現させるため、材料学的視点からその発現条件の解明を目的とした。そこでまずは、Fe-Al-Ni系合金に対して母相に優先固溶するMoを0～10 at%添加することで母相格子定数を大きくし、B2 NiAl析出物との格子ミスフィットを系統的に変化させた。これらの合金について、降伏応力との関係からSFHが発現する格子ミスフィット条件を調査した。その結果、少なくとも格子ミスフィットが0.3%以内であればSFHが発現することを明らかとした。さらに、同合金に対して種々の温度で熱処理を施すことでB2 NiAl析出物の形態（粒径、体積率）を変化させ、SFHが発現する条件を調査した。ここでは、粒径25 nm以下と体積率7%以下を同時に満たす場合にSFHが発現することがわかった。加えて、bcc Ti合金中でのB2型整合ナノ析出物形成に向け、Ti-Fe系合金中にB2 FeTi析出物を微細に析出させ得る合金組成の探索を実施した。その結果、ナノ析出物を得ることが可能な合金元素、合金組成さらには熱処理温度を特定することに成功した。以上の成果をもとに、bcc Ti合金においても同様の条件を満たすナノ析出物を得ることでSFHの発現が期待され、600℃で500 MPa以上の降伏応力を有する合金の実現が期待される。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 1: Research has progressed more than it was originally planned. Reason 当初の計画通り、SFH発現のための結晶学的、組織学的な条件を明らかとすることに成功した。これに加えて、当初の予定を超えてB2ナノ析出物を有するbcc Ti合金の化学組成および析出物形態を最適化するための熱処理条件を明らかとした。これらは、bcc Ti合金においSFHを発現させる上で極めて重要な知見であることから、当初の計画以上に進展していると判断する。
Strategy for Future Research Activity	2024年度は、本年度明らかとしたSFH発現条件を満たす母相、析出物ペアの探索を行う。ナノ析出物の形成には本年度すでに成功していることから、特に格子ミスフィットに着目して合金組成および熱処理条件を調整する。さらに、SFHの発現が確認された後には、最大強度獲得のための組織設計指針の提案を目指す。ここでは、温度－時間－冷却速度を系統的に変化させた熱処理を施すことで、ナノ析出物の形態を制御し、合金強度と組織形態の関係を解明する。