2014 Fiscal Year Annual Research Report
階層構造をもつ材料組織の時間発展とそれに基づく強度変化の要因解明
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26289256
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
村田 純教 名古屋大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (10144213)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
山本 剛久 名古屋大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (20220478)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 社会基盤構造材料 / ミクロ組織変化 / 階層構造 / フェライト系耐熱鋼 / ニッケル基超合金 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
階層構造を示すマルテンサイト系耐熱鋼およびニッケル基超合金について、その形成および時間発展過程（経時変化）を支配する要因を明らかにするため、フェーズフィールド法に基づいた組織シミュレーションを行うとともに、ニッケル基合金については、原子レベルの元素分析を行い、組織変化との関連を調べた。
まず、ラスマルテンサイト相の形成過程に関し、独立する2種類のすべり変形がBain格子変形の歪を緩和するとしたTTSDモデルを発展させて、すべり変形を4種類に拡張するとともに、第一原理計算によって得られた正方晶の弾性定数を用いた発展モデルによりシミュレーションを行った。その結果、いずれのモデルにおいてもサブブロック組織が見られ、ラスマルテンサイト相の階層構造の特徴をよく示したが、発展モデルではブロックの大きさがTTSDのそれより小さい傾向となった。すなわち、正方晶弾性率により自己緩和がより局所的に生じているものの、階層構造の特徴は両モデルで本質的に差がないことがわかった。
単結晶Ni基超合金に関するシミュレーションの結果、熱応力による歪速度を遠心力による歪速度よりも小さくした場合、熱応力の方向に関わらず遠心力と垂直方向にラフト構造が形成された。これに対し、熱応力による歪速度が遠心力のそれより大きい場合、ガンマプライム相は熱応力と垂直方向にラフト構造を形成した。これらの結果から、遠心力と熱応力が重畳することで、ガンマプライム相のラフト構造の方向が様々に変化することが明らかになった
Ni-Al-Ti-Cr-Mo-Ta-W系ニッケル基超合金を用いて、ガンマ相とガンマプライム相を原子レベルで元素分析を行った結果、ガンマプライム相が応力と垂直方向に板状になるラフト現象の前段階でも、ガンマ相間でTa,Al,Tiの規則構造が観察され、この規則化がガンマプライム相の連結を助長している可能性が示唆された。
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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
当初計画していたニッケル基合金に対する実験と階層構造ミクロ組織に関するシミュレーションとの実施時期の前後は生じたが、全体として順調に研究が進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
27年度以降では、ラスマルテンサイト相の経時変化における転位反応の過程を詳細に透過電子顕微鏡観察によって調べ、マルテンサイト相回復のシミュレーションとの対応を調べる基礎データとする。具体的には、多数の転位を含むラスマルテンサイト相からフェライト相への変化を、転位間反応による回復とそれに続くサブグレイン化と捉え、その変化過程をフェーズフィールド法によりシミュレートし、その過程に対する析出相の効果を明らかにする。
さらに、階層構造合金のミクロ組織の時間発展と合金強度変化の関係づけを行う。まず、ニッケル基超合金では、γ’相の形態変化に伴う母相γ相のひずみ量をノートン則に基づく塑性理論により求め、クリープ中のひずみ増加量を算出し、実際のクリープ曲線との対応を調べる。特に、整合性が部分的に崩れた場合のγ’相形態の崩壊がγ相のひずみ量に及ぼす効果を、ひずみエネルギーを考慮した組織自由エネルギー値の変化としてフェーズフィールド法により求め、構造変化と強度変化の関連を解明する。一方、ラスマルテンサイト相については、回復過程のシミュレーション結果を、これまで申請者らの研究室においてクリープ材を用いて実験的に調べた組織変化の結果と比較し、組織変化とクリープ強度の対応づけをする。
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