2022 Fiscal Year Annual Research Report

Fe-Mn-Si系制振ダンパー合金における可逆的塑性変形機構の徹底解明

Research Project

Project/Area Number	21H01659
Allocation Type	Single-year Grants
Research Institution	National Institute for Materials Science
Principal Investigator	澤口孝宏国立研究開発法人物質・材料研究機構, 構造材料研究センター, グループリーダー (30354161)
Project Period (FY)	2021-04-01 – 2025-03-31
Keywords	低サイクル疲労 / マルテンサイト / 双晶
Outline of Annual Research Achievements	本研究では、様々な組成のFe-Mn-Si基合金を対象に、変形誘起マルテンサイト変態の特性温度で決まる三つの温度域（Ｉ：εすべり支配、II：二方向γ→ε マルテンサイト変態支配、III：γ変形双晶支配）に対し、塑性変形メカニズムの可逆性の程度を定量的に測定し、塑性変形メカニズムがき裂発生・進展に及ぼす影響の解明に取り組んでいる。今年度は、単結晶FMS合金（変形軸001、101、111、414）と多結晶FMS合金における様々な方位の結晶粒を対象に、疲労破面の観察および破面直下の下部組織観察を行った。また、疲労試験機に付置した顕微鏡を用いて、Fe-Mn-Si基合金の疲労き裂進展挙動を観察した。昨年度までに実施した、各温度と様々な繰り返し変形ステージ（繰り返し数N）での、変形組織と表面起伏の解析結果と合わせて検討する事により、塑性変形の可逆性と疲労き裂発生・進展挙動の関係が明らかになった。また、特に注目する変形温度として、双晶変形支配の高温域IIIとε変形支配の低温域Iを重点的に調査した。高温域IIIに突入すると温度上昇とともにNfが急激に低下することが課題であった。また、文献によれば、C（カーボン）を高濃度に添加したTWIP鋼で塑性疲労寿命が増加した結果も報告されていることから、侵入型元素と転位の相互作用が、転位運動の可逆性や繰り返し変形下の双晶の発達に影響している可能性がある。そこで、本年度は、C添加した複数の資料を作製し疲労試験の予備調査を行った。一方、低温域Iではεマルテンサイトの発達が進むことにより、材料が脆化しやすい問題がある。そこで、延性改善に効果があるB（ボロン）を微量添加して、B添加資料で低温での低サイクル疲労特性の予備調査を行った。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 当初予定通り、単結晶FMS合金（変形軸001、101、111、414）と多結晶FMS合金における様々な方位の結晶粒を対象に、疲労破面の観察および破面直下の下部組織観察を行い、疲労試験機に付置した顕微鏡を用いて、Fe-Mn-Si基合金の疲労き裂進展挙動を観察できた。
Strategy for Future Research Activity	εすべりが支配的な温度領域I、γ双晶変形・γすべりが支配的な温度領域IIIにおける疲労寿命アップのため、熱力学条件、集合組織、原子－転位相互作用による変形可逆性向上に注目した成分設計（低温域の脆性改善、熱誘起εの抑制、転位運動可逆性に寄与する元素の添加）、およびプロセス設計（集合組織による塑性変形メカニズム制御）と試作を行い、使用温度範囲が広く低コスト（低合金の）新FMS合金の設計指針を構築する。