2012 Fiscal Year Research-status Report
マグネシウム合金における双晶の形成・抑制機構と力学特性に及ぼす影響の解明
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24760081
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| Research Institution | Kumamoto University |
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Principal Investigator |
眞山 剛 熊本大学, 大学院先導機構, 准教授 (40333629)
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| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2014-03-31
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| Keywords | 双晶 / 結晶塑性 / マグネシウム / 構成式 / 連続体力学 |
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| Research Abstract |
本研究の目的は，双晶の形成・抑制機構および双晶が力学特性へ及ぼす影響について明らかにすることである．そのために，第二相を含むマグネシウム合金に着目し，１．双晶形成への第二相の効果抽出，２．双晶形成・抑制メカニズムの解明，３．双晶挙動と力学特性の関係解明を目標として，実験観察と数値解析の両面から実施している．
平成24年度は純マグネシウムと商用マグネシウム合金および長周期積層構造相を含むマグネシウム合金を対象とした実験観察，単相材の解析および双晶発展モデルの構築を行った．具体的な実施項目は下記のとおりである．
【単相材を用いた実験観察】材料試験とSEM/EBSD観察を組み合わせた双晶発展観察手法を用いて，純マグネシウムおよびマグネシウム合金AZ31 材の鋳造材と押出材における双晶発展を観察した．また，負荷軸の異なる単軸負荷試験を実施し，各材料の力学特性における異方性を把握した．
【二相材を用いた実験観察】長周期積層型マグネシウム合金を対象として第二相の体積分率の異なる合金を溶解・鋳造により作製し，材料試験による変形挙動の調査およびSEM/EBSDとXRDによる組織観察を行うことにより，双晶形成頻度と変形挙動に関する基礎的な知見を得た。
【結晶塑性解析】結晶塑性有限要素解析手法を用いて，マグネシウム単相材の双晶発展に関する解析を行い，実験観察結果と比較し双晶発展機構を検討した．また，数値的な影響に依存しない解析結果を得るため，マグネシウムのように結晶レベルで強い異方性を持つ場合に，形状関数や数値積分方法が解析結果に及ぼす影響についても検討した．
【双晶発展モデルの構築】 既存双晶モデルおよび実験観察結果に基づき，双晶発展モデルを改良すると共に，結晶塑性解析手法に導入し，単軸負荷解析および押出加工を模擬した等二軸圧縮解析を行った．
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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
【当初計画以上に進展している点】当初計画では平成25年度に予定していた長周期積層型マグネシウム合金を対象とする実験・観察を前倒しで実施した．さらに，その合金系も当初の予定では2種類であったが，第二相の体積分率の異なる７組成を対象として実験・観察を実施した．
【当初計画通りに進展している点】単相材を用いた実験観察は当初の予定通りに，純マグネシウムおよびマグネシウム合金AZ31 材の鋳造材と押出材を対象として双晶発展を観察すると共に，材料試験を実施して力学特性を把握した．また，単相材の数値解析についても，当初の予定通り実施し，実験・観察結果と比較して，マグネシウムにおける双晶発展機構を検討した．
【当初計画と比べて遅れている点】当初計画では平成24年度中に商用二相合金の実験・観察を完了する予定であったが，材料入手の関係で上記に示した長周期積層型マグネシウム合金を対象とした実験・観察の実施を先行させた．その結果，商用二相合金の実験・観察が遅れている．一方，既存双晶モデルを拡張して数値解析へ導入するのに際して，境界条件によっては双晶回転に伴う数値的な不安定が発生し数値解析が途中で発散してしまうことがある．この数値的な不安定については未だに解決しておらず，当初計画と比べて進展が遅れている．
以上のように当初計画と比較して，一部に実施順番の入れ替わりや技術的課題が残っているものの，当初計画よりも幅広く研究を展開していることから，概ね順調に進展していると判断される．
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| Strategy for Future Research Activity |
【実験観察に関する研究推進方策】当初計画では平成24年度に実施予定であった商用二相マグネシウム合金の実験・観察を早期に完了させ，商用マグネシウム合金と長周期積層型マグネシウム合金の双晶発展挙動に関する観察データから第二相の効果を抽出する．また，実験データを定量的に処理する過程で不足が生じた場合は追加実験を行う．定量化方法としては，EBSD解析による双晶の面積分率変化のみならず，SEM観察により得られる表面組織像の変化からひずみ分布を算出し，双晶形成に伴うひずみ分布変化の点からも検討を加える．
【数値解析に関する研究推進方策】双晶回転に起因する数値解析の不安定を回避する手法については，より詳細にその原因を追求すると共に，同様の研究を実施している国内外の研究者との情報交換により早期に改善する．また，実験・観察結果の定量化により得られた知見を反映させた双晶モデルの精密化を実施する．さらに，複相材のための結晶塑性解析手法を構築し，力学挙動に関する実験結果と計算結果を比較することにより，その妥当性を検証すると共に解析手法を改善する．
【実験観察と数値解析の融合研究に関する推進方策】単相および複相マグネシウム合金の実験結果とそれらをモデル化した数値解析より，双晶の形成・抑制における第二相の役割を明らかにする．また，力学挙動と双晶挙動の両面から実験観察と数値解析を比較することにより，マグネシウム合金における双晶挙動と力学特性の関係を明らかにする．
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
該当なし
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