2023 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
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21H01659
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Research Institution | National Institute for Materials Science |
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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)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | 低サイクル疲労 / マルテンサイト / 双晶 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
積層欠陥エネルギーを変化させたεマルテンサイト合金と、制振ダンパー用に開発されたFe-15Mn-10Cr-8Ni-4Si合金を用いて、疲労破面の観察を行った。Fe-30Mn-(6 x)Si-xAl合金では、積層欠陥エネルギーが低下するほど脆性的な波面様相を呈することが判明した。この結果は、積層欠陥が低くなるほどεマルテンサイトが多くなることに対応していると考えられる。Fe-15Mn-10Cr-8Ni-4Si合金はおおむねFe-30Mn-4Si-2Al合金に相当する積層結果を示し、波面の特徴もFe-15Mn-10Cr-8Ni-4Si合金に非常に類似した結果を示した。
破面直下の下部組織観察により、この脆性的な波面はεマルテンサイトとγオーステナイトの界面やεマルテンサイトの0001面に沿って生じていることが判明した。
中性子線回折により、最長の低サイクル疲労寿命が現れるFe-30Mn-4Si-2Al合金と、これより低サイクル疲労寿命が劣るFe-30Mn-5Si-1Al合金とFe-30Mn-6Si-0Al合金を用いて、低サイクル疲労その場観察を行った。その結果、Fe-30Mn-4Si-2Al合金において、可逆的なγ－εマルテンサイト変態（B-TRIP効果）が生じていることが実証された。B-TRIP効果はγ－εマルテンサイト変態の自由エネルギー差ΔGがゼロ（積層欠陥エネルギー18mJ/m相当）の時に最もB-TRIPの可逆性が高くなると考えられる。ΔGがゼロより有意に高くなるとεマルテンサイト変態は生じず、可逆的な組織変化がえられず、ΔGがゼロより有意に低くなると、εマルテンサイト変態が急速に進展する結果材料が脆化することが判明した。
さらに、昨年度までに行った表面レリーフの観察結果と合わせて考察することにより、引張圧縮のよる組織変化、B-TRIPの起源と可逆性を向上させるための組織設計指針が得られた。
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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
当初計画通りに、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、FMS合金や様々な組成のFe-Mn-Si基合金の疲労き裂進展挙動を観察
し、塑性変形メカニズムの可逆性評価結果と合わせて、塑性変形の可逆性と疲労き裂発生・進展挙動の関係を明らかにすることができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
今年度は、当初計画に従い、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。
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