2014 Fiscal Year Research-status Report

純粋せん断法によるMg及びTi単結晶の活動すべり系・双晶系の探索

Research Project

Project/Area Number	26420667
Research Institution	Kumamoto University
Principal Investigator	安藤新二熊本大学, 先進マグネシウム国際研究センター, 教授 (40222781)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	北原弘基熊本大学, パルスパワー科学研究所, 助教 (50397650)
Project Period (FY)	2014-04-01 – 2017-03-31
Keywords	すべり変形 / hcp金属 / 臨界分解せん断応力 / 単結晶 / せん断試験
Outline of Annual Research Achievements	純マグネシウムおよび純チタンのすべり系および双晶系の変形応力の評価を行うための単結晶用純粋せん断試験を行った．宮川ら（1965）らの研究を参考に，２種類の形状の板状単結晶試験片を作成した．またそれに合わせて，専用の試験治具を開発した．それらを用いて，引張試験機により純粋せん断試験を行った．まず純マグネシウムおよび純チタンにおけるそれぞれ主すべり系である底面すべり，ならびに柱面すべりの臨界分解せん断応力（CRSS）を評価した．その結果，従来の引張試験で得られた値と良い一致を示すことがわかった．また試験片表面の画像解析から，せん断ひずみを評価する方法を確立した．これらの試験片を用いて，主すべり系以外のすべり系，すなわちマグネシウムでは柱面すべり，チタンでは底面すべりのCRSSの評価を試みた．しかしながら，マグネシウムでは双晶変位が，チタンでは切欠部で方位の異なる柱面すべりが優先して発生したため，それらのすべり系を活動させる事ができなかった．しかしながら，加えた応力からそれらのすべり系のCRSSは従来の報告よりかなり大きい事が予想される事がわかった．この結果より，目的のすべり系を活動させられなかった原因として，試験片に導入した切欠の寸法や形状が適切でないこと考えられ，試験片形状の最適化が必要と判断した．今回の成果は日本金属学会の春期講演大会(2015.3.18)においてポスター発表を行った．
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 計画していた純粋せん断試験用治具を作製し，マグネシウム単結晶およびチタン単結晶の底面すべりおよび柱面すべりの臨界分解せん断応力(CRSS)の測定を行った．その結果，マグネシウムの底面すべりおよびチタンの柱面すべりでは，従来の報告通りの値を得ることができたことから，このせん断試験ですべり系のCRSSを測定することの妥当性が確認できた．またマグネシウムの柱面すべり，チタンの底面すべりに関して，非常に高いCRSSを持つ事がわかった．また画像解析により，せん断領域のひずみ測定も行う事ができた．これらは当初の計画通りであることから，概ね順調に進んでいると判断した．
Strategy for Future Research Activity	前年度の研究により試験片形状の影響を調査する必要があることがわかった．そこでまずコンピュータシミュレーションによる応力―ひずみ解析を行い，試験片形状の最適化を検討する．その後，純粋せん断試験を用い，純マグネシウムおよび純チタンについての試験を行う．さらにマグネシウム合金単結晶におけるすべり系及び双晶系の活動を調査する．合金元素として，マグネシウムの代表的な添加元素であるアルミニウム，亜鉛を用い，それぞれ，単独および同時に添加した場合の変化を調査する．いずれも添加量は，α(hcp) 相の固溶限である0～1at%の範囲とする．特にここでは，アルミニウムと亜鉛を同時に添加し，代表的なマグネシウム合金であるAZ31と同じ組成の単結晶とすることで，多くの実用的な研究がなされているAZ31合金と基礎データが多い純Mgの違いを明確にすることを目的とする．これによりAZ31合金の変形機構を解明するためにはインパクトのあるデータが得られると考えられる．またチタンについては，柱面すべりに対して酸素濃度の影響が強いことが知られているが，それ以外のすべり系についてはわかっていない．そこで，酸素濃度が高いチタン材について調査する．
Causes of Carryover	マグネシウムおよびチタンの単結晶作製が順調であり，予定より短期間で作製できたため消耗品の使用が少なかったため．
Expenditure Plan for Carryover Budget	試験片形状の最適化を検討する必要が出てきたため，コンピュータシミュレーションを行うためのコンピュータ及びソフトウエアの購入にあてる．またその結果より追加の試験を行うための単結晶作製のための消耗品購入に充てる．