| Project/Area Number |
22K03828
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 18010:Mechanics of materials and materials-related
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
CHEN QIANG 九州大学, 工学研究院, 教授 (30264451)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
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| Keywords | 疲労 / ナノ構造 / 階層異方性 / マグネシウム合金 / 精密構造解析 / き裂 / 高サイクル / 合金 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では，Mg-Gd-Y-Zn-Mn系合金の超高サイクルにおける疲労損傷の素過程，すなわち１～数結晶粒程度の微小き裂の発生と伝ぱに着目し，疲労破壊のメカニズムに及ぼす階層異方性ナノ構造の影響，特に第二相であるラメラ状長周期積層構造相やキンク変形，柱面ナノサイズ析出物の影響を精密構造解析により解明する．
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| Outline of Final Research Achievements |
This work reveals that Mg-RE alloy with different nanostructures exhibits distinct fatigue behaviors and a unique crack initiation mechanism. For the long-period stacking ordered (LPSO) phase-strengthened Mg-RE alloy, microcracks nucleate from the soft α-Mg layers, away from the hard LPSO lamellae. The highly localized oxide thickening plays a critical role in forming microcracks. The processes of both fatigue-induced oxidation and oxygen embrittlement involved microcrack nucleation are distinct from existing fatigue mechanisms of metals. For the Mg-RE alloy co-strengthened by the β' nanoprecipitates and the LPSO phase, the prismatic β' nanoprecipitates exhibit a pinning effect on basal <a> dislocation slips, while the LPSO phases show less influence on the basal slips. Fatigue damage accumulations are limited by the dense β’ nanoprecipitates and LPSO phases, which exhibit a localized distribution and a scattered pattern along the damage bands, resulting in improved fatigue life.
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| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
疲労き裂発生および初期伝ぱ過程に及ぼすナノ・マイクロ結晶組織の影響を明らかにすることが重要であり，底面すべりのほかに第二相であるLPSO相やキンク変形，柱面ナノサイズ析出物等の影響を原子レベルでの精密構造解析が不可欠と考える。本研究では，特異な疲労強度特性を示すMg-Gr-Y-Zn系合金に対してその疲労強度を決定する要因として底面すべりの役割が大きいことを突き止めて，高疲労強度の発見メカニズム，即ち，数結晶粒程度のき裂発生と初期き裂伝ぱとの関連性を原子レベルでの構造解析に基づいて解明することで、さらなる高性能マグネシウム合金の開発に関する有益な実験データを提供することができた。
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