2015 Fiscal Year Annual Research Report
チタン合金のマルチスケール組織の解明と実用材料開発
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26249104
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| Research Institution | University of Tsukuba |
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Principal Investigator |
宮崎 修一 筑波大学, 数理物質系, 特命教授 (50133038)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
金 へよん 筑波大学, 数理物質系, 教授 (20333841)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 超弾性 / 生体材料 / チタン合金 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
今年度では種々のTi-Nb系合金およびTi-Zr系合金（Ti-Zr-Nb-Sn合金、Ti-Zr-Nb-Mo-Sn合金など）について調べた。各組成の合金インゴットをアーク溶解法で作製した。均質化処理後に圧延率を変化させ冷間圧延を行った。溶体化熱処理または焼鈍処理を施し、内部組織、集合組織、変態特性と変形挙動の評価を行った。Ti-24Zr-(8-12)Nb-(2-4)Sn合金を用い、加工熱処理による集合組織および析出物の形成が超弾性特性に及ぼす影響について調べた。Ti-24Zr-Nb-Sn合金は1073K以上の熱処理で{001}<110>再結晶集合組織が形成し、優れた超弾性を示した。焼鈍温度の低下に伴い、析出物（Zr5Sn3）の形成と結晶粒の微細化により臨界応力と最大強度は上昇したが、集合組織が弱くなり超弾性回復歪みは減少した。また、低温時効後焼鈍処理を行う二段階熱処理は、単純焼鈍よりも比較的緻密な析出物を形成し、強度上昇に有効であることが分かった。Ti-18Zr-Nb-Sn合金を用い、MoとNの添加が相安定性、内部組織、集合組織および力学特性に及ぼす各添加元素の影響を系統的に調べた。MoはTi-18Zr-Nb-Sn合金の強度上昇や延性の改善に有効であることを明らかにした。例えばTi-18Zr-11Nb-3Sn合金にMoを2at.%添加すると固溶強化により最大強度が200 MPa上昇した。また、加工集合組織に及ぼす組成の影響を調べた結果、加工集合組織はNb濃度に強く依存することを明らかにした。Nの添加は低ヤング率と高強度の両立に有効であることを明らかにした。Nの添加量の増加に伴い、最大強度は上昇したが、破断歪みは減少した。また、Nの添加により加工集合組織および再結晶集合組織が変化することを見出した。
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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
従来の生体用チタン基超弾性合金より大きな超弾性回復歪みを示す新たな合金系を見出した。また、再結晶集合組織に及ぼす合金元素および熱処理条件の影響について系統的に調査し、組織制御の基礎を明らかにした。
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| Strategy for Future Research Activity |
集合組織の形成メカニズムを明らかにし、その制御指針を明らかにする。また、相安定性、ヤング率、マルテンサイト変態挙動および変形機構に及ぼす添加元素、特に侵入型添加元素の影響を明確化し、高強度・低ヤング率合金開発につなげる。
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