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Peculiar phase transformation and change in mechanical properties during room-temperature aging in bcc Ti alloys

Research Project

Project/Area Number 17H03414
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

Allocation TypeSingle-year Grants
Section一般
Research Field Structural/Functional materials
Research InstitutionOsaka University

Principal Investigator

Tane Masakazu  大阪大学, 産業科学研究所, 准教授 (80379099)

Project Period (FY) 2017-04-01 – 2020-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2019)
Budget Amount *help
¥17,940,000 (Direct Cost: ¥13,800,000、Indirect Cost: ¥4,140,000)
Fiscal Year 2019: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2018: ¥3,510,000 (Direct Cost: ¥2,700,000、Indirect Cost: ¥810,000)
Fiscal Year 2017: ¥13,000,000 (Direct Cost: ¥10,000,000、Indirect Cost: ¥3,000,000)
Keywords相転移 / 弾性論 / チタン合金 / 相変態
Outline of Final Research Achievements

It was clarified that the formation of diffuse ω structures during aging near room temperature, which leads to an increase in elastic modulus with the aging, is caused by a diffusionless isothermal ω transformation, which is a new type of ω transformation. Furthermore, it was found that the transformation rate of the diffusionless isothermal ω transformation is dominated by two activation processes: a dynamical collapse of {111} atomic plane pairs, corresponding to the elementary process of the phase transition, and a nucleation process of ω phase. In addition, it was clarified that the diffusionless isothermal ω transformation is a peculiar local phase transition, caused by quenched-in statistical compositional fluctuations.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

従来から知られている拡散型の等温(熱的)ω変態および無拡散の非熱的(非等温)ω変態とは異なり、室温近傍での時効によって無拡散で時々刻々と変態が乗じる「無拡散等温ω変態」と名付けた新たな相転移を発見した。さらに、無拡散等温ω変態は、熱ゆらぎによって生じる統計的な合金組成のゆらぎが室温で凍結された凍結合金組成ゆらぎによって引き起こされる特異な相転移であることも明らかにした。加えて、無拡散等温ω変態の変態速度における熱活性化過程の詳細を明らかにした。すなわち、本研究成果の最も重要な学術的意義は、新たな相転移を発見し、その相転移のメカニズム(相転移の熱力学と速度論)を解明したことである。

Report

(4 results)
  • 2019 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2018 Annual Research Report
  • 2017 Annual Research Report
  • Research Products

    (24 results)

All 2020 2019 2018 2017

All Journal Article (6 results) (of which Peer Reviewed: 6 results) Presentation (18 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Invited: 5 results)

  • [Journal Article] Diffusionless isothermal omega transformation in titanium alloys driven by quenched-in compositional fluctuations2019

    • Author(s)
      M. Tane, H. Nishiyama, A. Umeda, N. L. Okamoto, K. Inoue, M. Luckabauer, Y. Nagai, T. Sekino, T. Nakano, and T. Ichitsubo
    • Journal Title

      Physical Review Materials

      Volume: 3 Issue: 4 Pages: 43604-43604

    • DOI

      10.1103/physrevmaterials.3.043604

    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Effect of Crystallographic Orientation, Grain Shape, and Elastic Anisotropy on X-ray Stress Factor in Polycrystals with Crystallographic Textures2019

    • Author(s)
      多根 正和
    • Journal Title

      Tetsu-to-Hagane

      Volume: 105 Issue: 11 Pages: 1080-1089

    • DOI

      10.2355/tetsutohagane.TETSU-2019-052

    • NAID

      130007738849

    • ISSN
      0021-1575, 1883-2954
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Nanocomposite microstructures dominating anisotropic elastic modulus in carbon fibers2019

    • Author(s)
      M. Tane, H. Okuda, F. Tanaka
    • Journal Title

      Acta Materialia

      Volume: 166 Pages: 75-84

    • DOI

      10.1016/j.actamat.2018.12.029

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Superior energy absorption in porous magnesium: Contribution of texture development triggered by intra-granular misorientations2019

    • Author(s)
      Tsuyoshi Mayama, Masakazu Tane, Yuichi Tadano
    • Journal Title

      Acta Materialia

      Volume: 165 Pages: 62-72

    • DOI

      10.1016/j.actamat.2018.11.037

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] チタンおよびチタン合金の弾性特性2018

    • Author(s)
      多根 正和
    • Journal Title

      軽金属

      Volume: 68

    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Extraction of Single-crystalline Elastic Constants from Polycrystalline Samples with Crystallographic Texture2017

    • Author(s)
      多根 正和
    • Journal Title

      Materia Japan

      Volume: 56 Issue: 9 Pages: 541-545

    • DOI

      10.2320/materia.56.541

    • NAID

      130006038187

    • ISSN
      1340-2625, 1884-5843
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 微視的弾性理論の構築を基軸とした生体および構造用金属材料の弾性特性および相転移挙動の解明2020

    • Author(s)
      多根 正和
    • Organizer
      日本金属学会2020年春期(第166回)講演
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Micromechanics-based extraction of single-crystalline elastic constants from polycrystalline samples: Application to Ti and Mg alloys2019

    • Author(s)
      Masakazu Tane
    • Organizer
      European Congress And Exhibition on Advanced Materials and Processes (EUROMAT 2019)
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 凍結された合金組成ゆらぎによって引き起こされるβ型チタン合金における無拡散等温ω変態2019

    • Author(s)
      多根 正和, 岡本 範彦, 井上 耕治, Martin Luckabauer, 永井 康介, 関野 徹, 中野 貴由, 市坪 哲
    • Organizer
      日本金属学会2019年秋期(第165回)講演大会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] 無拡散等温ω変態に起因した室温時効下での弾性率増加に及ぼす酸素およびAl添加の影響2019

    • Author(s)
      西尾 祐輝, 多根 正和, 関野 徹, 市坪 哲
    • Organizer
      日本金属学会2019年秋期(第165回)講演大会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] β型Ti-V合金の低温域における弾性・擬弾性測定とX線非弾性散乱測定2019

    • Author(s)
      笠谷 周平, 岡本 範彦, 多根 正和, Martin Luckabauer, 筒井 智嗣, 市坪 哲
    • Organizer
      日本金属学会2019年秋期(第165回)講演大会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] 無拡散等温ω変態に伴うβ型Ti合金の微細組織および硬度変化2019

    • Author(s)
      岡本 範彦, 笠谷 周平, Martin Luckabauer, 多根 正和, 市坪 哲
    • Organizer
      日本金属学会2019年秋期(第165回)講演大会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] 凍結された合金組成ゆらぎによって駆動される無拡散等温オメガ変態の熱・統計力学と速度論?Diffusionless isothermal omega transformation in titanium alloys driven by quenched-in compositional fluctuations2019

    • Author(s)
      多根 正和, 岡本 範彦, 井上 耕治, Martin Luckabauer, 永井 康介, 関野 徹, 中野 貴由, 市坪 哲
    • Organizer
      合金状態図第172委員会 第37回委員会・研究会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] Diffusionless isothermal omega transformation in titanium alloys: Thermodynamics and kinetics of displacive phase transition driven by quenched-in compositional fluctuations2019

    • Author(s)
      Masakazu Tane, Norihiko L. Okamoto, Koji Inoue, Martin Luckabauer, Yasuyoshi Nagai, Tohru Sekino, Takayoshi Nakano, and Tetsu Ichitsubo
    • Organizer
      Summit of Materials Science 2019 and GIMRT User Meeting 2019
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Elastic-modulus enhancement during room-temperature aging in β-Ti alloys2018

    • Author(s)
      Masakazu Tane, Akihiro Umeda, Koji Hagihara, Masato Ueda, Takayoshi Nakano, Tohru Sekino, and Tetsu Ichitsubo
    • Organizer
      International Conference on PROCESSING & MANUFACTURING OF ADVANCED MATERIALS Processing, Fabrication, Properties, Applications (THERMEC '2018)
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] BCC構造を不安定化したβ型チタン合金における室温時効下および低温域での相変態2018

    • Author(s)
      多根 正和, 梅田 旭洋, 関野 徹, 中野 貴由, 市坪 哲
    • Organizer
      日本金属学会2018年秋期(第163回)講演大会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] β型チタン合金における変形ω相と室温時効に伴うDiffuse ω構造形成との関係2018

    • Author(s)
      枝松 洸来, 多根 正和, 関野 徹, 中野 貴由, 市坪 哲
    • Organizer
      日本金属学会2018年秋期(第163回)講演大会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] Ti-V合金の低温における微細なω相の形成とそれを利用したα相析出強化の検討2018

    • Author(s)
      笠谷 周平, Martin Luckabauer, 岡本 範彦, 多根 正和, 市坪 哲
    • Organizer
      日本金属学会2018年秋期(第163回)講演大会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] Ti-V合金における超微細なω相の形成とα相の各生成サイトとしての可能性2018

    • Author(s)
      笠谷 周平, 岡本 範彦, 多根 正和, 市坪 哲
    • Organizer
      日本材料学会・若手学生研究発表会
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      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] bcc 系チタン合金において生じる室温時効に伴う弾性率増加2018

    • Author(s)
      多根 正和, 梅田 旭洋, 関野 徹, 中野 貴由, 岡本 範彦, 市坪 哲
    • Organizer
      日本金属学会 2018年春期(第162回)講演大会
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      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] 室温付近におけるTi-V 合金の相変態挙動2018

    • Author(s)
      笠谷 周平, Martin Luckabauer, 岡本 範彦, 多根 正和, 市坪 哲
    • Organizer
      日本金属学会 2018年春期(第162回)講演大会
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      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] マイクロメカニックスに基づく解析手法の構築を基軸とした生体および構造用金属材料の弾性特性の解明2017

    • Author(s)
      多根 正和
    • Organizer
      本多記念研究奨励賞受賞講演
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      2017 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 不安定なbcc 構造を有するβ 型チタン合金において生じる室温時効に伴う弾性率増加2017

    • Author(s)
      梅田 旭洋, 多根 正和, 関野 徹, 中野 貴由, 市坪 哲
    • Organizer
      日本金属学会 2017年秋期(第161回)講演大会
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] bcc系Ti合金における室温時効に伴う弾性率変化と相変態挙動との関係2017

    • Author(s)
      多根 正和
    • Organizer
      超高耐久性チタン材料の研究 自主フォーラム シンポジウム「チタン合金の相変態研究の新たな展開Ⅱ」
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Invited

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Published: 2017-04-28   Modified: 2021-02-19  

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