| Project/Area Number |
22K04666
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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 26010:Metallic material properties-related
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| Research Institution | Kitami Institute of Technology |
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Principal Investigator |
河野 義樹 北見工業大学, 工学部, 准教授 (20634413)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
光原 昌寿 九州大学, 総合理工学研究院, 准教授 (10514218)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2023: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
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| Keywords | Titanium / HCP / Crystal plasticity / FEM / Numerical simulation / nonuniform deformation / Anisotropy / Slip system / Strain localization / DIC / EBSD / polycrystal / チタン / 結晶塑性解析 / 不均一変形 / 協調変形 / 延性 |
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| Outline of Research at the Start |
一般的にhcp構造を有する材料は加工性が悪く，それが材料普及の障害の一つとなっている．本研究では，チタンやチタン合金の破壊機構の理解や延性向上の指針を得るため，最も基本的なチタンであるhcp構造を有するαチタンを対象として，その変形下における局所的なひずみの集中およびその緩和機構を，実験及び数値解析の手法を用いて調査する．本研究は，チタンの破壊機構の理解や加工性改善に寄与するだけではなく，金属材料の一般的な変形機構の理解にも繋がる可能性がある．
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| Outline of Annual Research Achievements |
2022年度は，多結晶αチタンにおける帯状の高ひずみ領域（high strain band: HSB）の発達機構を試料断面の2次元的な情報を用いて調査した．2023年度はαチタンにおいて，i) 高ひずみ領域の発達機構を3次元的に明らかにするとともに，ii) 降伏点近傍における加工硬化の支配因子および，iii) 局所変形抑制の指針となる加工硬化機構を調査した．i)-iii)の詳細をそれぞれ順に記す．
i) 2022年度に整備した計算環境を用いて，多結晶αチタンの3次元モデルを用いた解析を実施した．その結果，これまで観察されていたHSBは，負荷方向に対して斜めに発達する板状の高ひずみ領域を断面で2次元的に観察したものであることが明らかとなった．更に，材料内部の断面に比べて表面の方がHSBのひずみはより高かった．即ち，結晶粒レベルにおける観察では，材料内部では材料表面と比べて，結晶粒間の変形拘束により局所変形が抑制される傾向にあることが明らかとなった．
ii) 降伏点近傍における加工硬化率は，材料断面における塑性変形を開始した面積の割合が支配的に関与して決まることが明らかとなった．即ち，変形初期においてはHSBの発達の仕方が降伏点近傍における加工硬化率に支配的に寄与することがわかった．i)，ii)の詳細については論文にして公開した．
iii) i)で得られた知見から，局所変形の抑制と加工硬化率の向上には，よく知られているような転位の活動の制御だけではなく，結晶粒間の変形拘束も有効である可能性が明らかとなった．
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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
2023年度の研究により多結晶αチタンにおける局所変形の3次元的な発達機構が明らかとなった．本内容は論文にまとめて投稿し，既に公開されている．更に，局所変形を抑制し，加工硬化率を上げるための指針を得ることもできた．以上より，研究はおおむね順調に推移していると判断した．
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでの研究により，局所変形の抑制および加工硬化率の向上には，結晶粒間の変形拘束が有効である可能性が示された．そこで最終年度となる2024年度は，結晶粒間の変形拘束を用いた局所変形の抑制と加工硬化率の向上方法に対象を絞って研究を進める．具体的には，多結晶材料が変形する際，各結晶粒は結晶粒界で互いの形状を一致するように変形する必要が生じるため，活動すべり系の数が限られるHCP材料では，結晶粒間の変形の不適合性（deformation incompatibility）が大きく，これが加工硬化に大きく寄与する可能性がある．そこで，αチタンの各結晶粒の塑性異方性とdeformation incompatibilityの大きさと局所変形の抑制および加工硬化に与える影響を系統的に調査し，多結晶αチタンの延性向上のための指導原理を明らかにする．得られた結果は，学会発表および論文発表にて周知を行う．
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