介在物含有材料の高温変形機構の統一的解釈

• Project/Area Number: 00J09823
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Composite materials/Physical properties
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 川端 健詞 東京大学, 大学院・工学系研究科, 特別研究員(DC1)
• Project Period (FY): 2000 – 2002
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2002)
• Budget Amount: ¥3,000,000 (Direct Cost: ¥3,000,000); Fiscal Year 2002: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000); Fiscal Year 2001: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000); Fiscal Year 2000: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
• Keywords: 介在物含有材料 / 分散強化合金 / 金属基複合材料 / クリープ / 拡散緩和 / 塑性緩和 / 複合強化 / 分散強化

Research Abstract

分散強化合金や金属基複合材料に代表される介在物含有材料の定常クリープ挙動について,介在物とマトリクス間に生じる塑性歪みの不一致の緩和機構(拡散緩和,塑性緩和)に注目して実験を行った.実験を行うために,適度な拡散緩和速度を持つモデル材料(真球状Al_2O_3分散Al基複合材料(以下Al_2O_3/Al-Mg),TiBウィスカー分散Ti基in-situ複合材料(以下TiB/Ti))を作製し,高温クリープ試験を行うことにより以下のことを明らかとした.
TiB/Tiの定常クリープ挙動は,拡散緩和速度を境としたS字曲線を示し,完全拡散緩和,拡散緩和律速,塑性緩和律速領域の発現が確認できた.このことは各領域での活性化エネルギー,強化相の体積分率依存性,負荷方位依存性からも各領域の妥当性が示された.この試料をβ領域でクリープ試験を行うことにより完全拡散緩和領域でのTiB(w)の体積分率の増加に伴う複合材料の軟化と塑性緩和律速領域での強化を明確に示した.またAl_2O_3/Al-Mgの定常クリープ挙動は高応力側でAl-Mgのべき乗則クリープに漸近し,低応力側で応力指数の増加が見られた.低応力側での応力指数の増加は粗大強化相によるしきい応力の影響でその値は完全拡散緩和による転位と強化相の引力型相互作用で得られる値とほぼ等しい.以上のことより完全拡散緩和下では粗大強化相であっても引力型相互作用によるしきい応力が発現することを示した.
以上のことより分散強化合金に見られるしきい応力挙動は完全拡散緩和領域での,また金属基複合材料に見られる複合強化挙動は塑性緩和律速領域での変形挙動であることが明らかとなった.このことにより,従来雑然としていた介在物含有材料の定常クリープ挙動を,緩和機構を元とした理論体系で整理することができ,介在物による強化について明確な指針を与えることができた.

Research Products

• [Publications] K.Kawabata: "Creep Deformation Behavior of Spherical Al_2O_3 Particle-Reinforced Al-Mg Matrix Composites at High Temperatures"Acta Materialia. 50巻. 3465-3474 (2002)
• [Publications] K.Kawabata: "Three Regions of Dislocation Creep in In Situ TiB Fiber-Reinforced α-Ti Matrix Composites"Materials Transactions. 43巻・7号. 1647-1652 (2002)
• [Publications] K.Kawabata: "Volume Fraction Dependence of Plastic and Diffusional Accommodation in High-Temperature Deformation of Ti/TiB In Situ Composites ; Appearance and Vanishing of Load Transfer Effect"Materials Transactions. 43巻・7号. 1653-1657 (2002)
• [Publications] K.Kawabata: "High Temperature Deformation with Interfacial and Plastic Accommodation in Ti/TiB Whisker-Reinforce In-Situ Composites"Acta Materialia. (in press).