1次無拡散相変態の原子的尺度及びメゾスコピック尺度での研究

• 研究課題/領域番号: 04044032
• 研究種目: 国際学術研究
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 共同研究
• 研究機関: 筑波大学
• 研究代表者: 大塚 和弘 筑波大学, 物質工学系, 教授 (50029881)
• 研究分担者: WILKINS S.W. CSIRO, 材料科学部, 主席研究官 ; FINLAYSON T. Monash大学, 物理学科, 準教授 ; DUNNE D.P. Wollougong大学, 材料科学部, 教授 ; MORTON A.J. CSIRO, 材料科学部, 上級主席研究官 ; 原 徹 帝京大学, 理工学部, 助手 (70238161) ; 大庭 卓也 帝京大学, 理工学部, 助教授 (00211110) ; 小田 克郎 筑波大学, 物質工学系, 講師 (80177229) ; 大嶋 建一 筑波大学, 物理工学系, 助教授 (70109271) ; 鈴木 哲郎 筑波大学, 物理工学系, 教授 (70045988) ; S W Wilkins CSIRO材料科学部, 主席研究官 ; T R Finlayso Manash大学物理学科, 準教授 ; D P Denne Wollongoug大学材料科学部, 教授 ; A J Morton CSIRO材料科学部, 上級主席研究官
• 研究期間 (年度): 1992 – 1993
• 研究課題ステータス: 完了 (1993年度)
• 配分額: 4,000千円 (直接経費: 4,000千円); 1993年度: 2,000千円 (直接経費: 2,000千円); 1992年度: 2,000千円 (直接経費: 2,000千円)
• キーワード: 1次無拡散相変態 / マルテンサイト変態 / 相変態の結晶学 / ゴム弾性 / 核形成 / 時効効果 / バーガースベクトル / 変態前駆現象 / X線散漫散乱 / コンピューター・シミュレーション(マルテンサイト変態) / マルテンサイト変態の結晶学 / In-Tl合金 / Au-Col合金

研究概要

本年は以下に述べる研究の実験的理論的研究を行った後平成6年3月に、各研究分担者が、オーストラリア、メルボルン近郊のメアリ-ズビルに集まり、本研究に関するワークショップを3日間に亘って開催し、徹底的討論を行い研究成果の集約を計った。以下にそれらの研究成果を、各テーマごとにまとめて記す。
1)In-Tl合金におけるマルテンサイト変態のX線散漫散乱による研究(大嶋、Finlayson、Wilkins)
このテーマの主な目的は、各種組成のIn-Tl合金において、マルテンサイト変態開始前の母相において、変態前駆現象が存在するか否かを確認することにあるが、放射光及び通常X線の散漫散乱の精密な測定ならびに解析の結果、そのような変態前駆現象は存在しないことが明らかになった。同様の結果はNa結晶に対しても得ており、マルテンサイト変態の基本的性質と考えられる。もう一つの重要な成果は、変態温度以上に結晶を保持したときある潜伏期間を経た後マルテンサイト変態の起こることを初めて見出したもので、この成果はマルテンサイト変態のカイネティックスの理解に道を拓くものと期待される。
2)計算機シミュレーションによる核形成過程の研究(鈴木)
本分担者は以前3次元結晶におけるマルテンサイト核形成の計算機シミュレーションを行ったが、結果の可視化が困難で、シミュレーションから十分な成果を引き出すことができなかった。今回は2次元のシミュレーションを行えば容易に結果が可視化できることが明らかになり、格子不変変形としての双晶が核形成の段階から導入されること、核形成への点欠陥の寄与等興味深い結果が得られた。一方変態に伴うクラックの導入等2次元のシミュレーション特有の欠点も観察された。今後は3次元シミュレーションをいかに可視化するかが重要となる。
3)マルテンサイト中の転位のバーガースベクトルの測定(Morton、原、小田、大塚)
このテーマの目的は、18Rマルテンサイトと母相の界面に0.65nm間隔で存在すると考えられる1/3[100]m転位を電顕で検出することにある。Cu-Al-Ni合金の電顕観察で母相-マルテンサイト相界面に転位を観察できたが、その間隔は約10nmとずっと大きなものであった。この理由は、転位コントラストの巾に比べ、転位間隔の巾が狭すぎて分解できなかったためと考えられる。観察された転位は格子不変変形として導入されたものと考えられる。
4)Au-49.5at%Cd合金におけるβ_2→ζ_2'(三方晶)変態の結晶学(大塚、Dunne)
これ迄未解決だった上記変態につき詳細な研究を行った結果、この変態も「マルテンサイト変態の現象論」で基本的に説明できることが明らかになった。又この変態に格子不変変形が存在するか否かについては、相反する報告があり、大きな矛盾となっていたが、詳細な研究により、変態歪の小さな本変態では、格子不変変形のある場合とない場合のありうることが、実験的理論的に示され、長年の論争に終止符が打たれた。
5)Cu-Al-Ni合金における母相-マルテンサイト相界面構造の解析(Dunne、大塚)
第II種双晶を格子不変変形とするこの変態の母相-マルテンサイト相界面の構造を「現象論」的な立場からの解析により明らかにしようとしたが、問題が複雑でまだ解決に至っていない。
6)Au-47.5at%Cd及びAu-Cu-Zn合金におけるゴム弾性的挙動の解明(大庭、Finlayson、大塚、鈴木)
上記合金のマルテンサイト状態での構造変化を調べるため、X線4軸回折計を用いて精密な解析を行った結果、積分強度ならびに格子定数は時効によって殆ど変化しないことが明らかになった。この結果は、ゴム弾性的挙動に対するLiebermanや唯木等の説を否定するものであると共に、時効にともなう変化は局所的なものであることを示している。この様な観点から更に研究を続けていく予定である。
以上の研究成果は、1次無拡散型相変態の本質を理解する上で、基本的に重要なものであると確信している。

研究成果

• [文献書誌] T.Ohba,Y.Emura and K.Otsuka: "Structure Determination of the ζ_2' Martensite and the Mechanism of β_2'→ζ_2' Transformation in a Au-49.5at%Cd Alloy" Materials Trans.JIM. 33. 29-37 (1992)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Y.Murakami,K.Otsuka,S.Hanada and S.Watanabe: "Crystallography of Stress-induced B2→7R Martensitic Transformation in a Ni-37.0at%Al Alloy" Materials Trans.JIM. 33. 282-288 (1992)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] T.Hara,T.Ohba,S.Miyazaki and K.Otsuka: "Electron Microscopy Study of Type II Twins in γ_1' Cu-Al-Ni Martensite" Materials Trans.JIM. 33. 1105-1113 (1992)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Y.Emura,T.Ohba and K.Otsuka: "Crystal Structure of ζ_2' Martensite in Au-49.5at%Cd Alloy" MRS Symp.Proc.246. 73-78 (1992)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] K.Otsuka,T.Ohba,M.Tokonami and C.M.Wayman: "New Description of Long Period Stacking Order Structures of Martensites in β-phase Alloys" Scripta Met.29. 1359-1364 (1993)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] K.Otsuka and T.Ohba: "Recent Works on Crystal Structure Determination of Martensites" Proc.ICOMAT-92. 221-232 (1993)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] K.Morii,S.Miyazaki and K.Otsuka: "Shape Memory Effect Associated with β_2→ζ_2' Martensitic Transformation in a Au-49.5at%Cd Alloy" Proc.ICOMAT-92. 1125-1130 (1993)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] T.Hara,T.Ohba,K.Otsuka,Y.Bando and S.Nenno: "High Resolution Electron Microscopy Observation of Twin Interfacesin γ_1' Cu-Al-Ni and γ_2' Au-Cd Martensite" Proc.ICOMAT-92. 257-262 (1993)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Y.Murakami,K.Otsuka,S.Hanada and S.Watanabe: "Mechanism of Self-accommodation of 7R Martensite in a Ni-37.0at%Al Alloy" Proc.IUMRS Int.Conf.on Advanced Materials. 9(in press). (1993)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] S.Morito,T.Inoue,K.Oda and K.Otsuka: "Electron Microscopy Observations of 15R and 12 Layers Martensites in Ni_<50>Al_xMn_<50-x> Alloys" Proc.IUMRS Int.Conf.on Advanced Materials. 9(in press). (1993)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] T.Inoue,S.Morito,Y.Murakami,K.Oda and K.Otsuka: "New Martensite Structures and Composition dependence of Martensitic Transformations in Ni_<50>Al_xMn_<50-x> Alloys" Materials Letters. (in press). (1993)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] T.Suzuki and K.Takahashi: "Nucleation Process of Martensite in Small Particles" Materials Trans.JIM. 33. 184-190 (1992)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] M.Inohara,M.Tanaka,M.Hashimoto and T.Suzuki: "Measurement of Elastic Moduli by Rectangular Parallelepiped Resonance Method" Jpn.J.Appl.Phys.Supl.31-1. 31. 41-43 (1992)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] M.Inohara and T.Suzuki: "Measurement of Elastic Moduli by Rectangular Rarallelepiped Resonance Method II" Jpn.J.Appl.Phys.32. 2238-2242 (1993)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] T.Suzuki and K.Osuka: "Role of Higher-Order Elastic Moduli in Large Elastic Finite Deformation" Jpn.J.Appl.Phys.32. 2252-2255 (1993)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] H.Abe,K.Ohshima,S.Hoshino and K.Kakurai: "Neutron-Scattering Study of Metallic Sodium" Phys.Rev.B. 49. 3739-3745 (1994)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] N.Toyoshima,K.Harada,H.Abe,K.Ohshima,T.Suzuki,M.Wuttig and T.R.Finlayson: "X-ray Diffraction Study of Martensitic Phase Transition in In-23at%Tl Alloy" J.Phys.Soc.Jpn.63(in press). (1994)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] T.Hara,T.Ohba,S.Nenno and K.Otsuka: "Structure Study of the R-Phase in a Ti-Ni-Fe Alloy by Electron Microscopy" Proc.IUMRS Int.Conf.on Advanced Materials. 9(in press). (1993)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] T.Ohba,T.Hara,S.Sasaki,M.Takata and Y.Komura: "Separation of Two Subsystems Nd_<13>Fe_<46>B_<41> Composite Crystal Utilizing Synchrotron Radiation" Jpn.J.Appl.Phys.32. L1553-L1555 (1993)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] T.Hara,T.Ohba,Y.Bando and K.Otsuka: "On the Structure of Twin Interfaces in γ_1' Cu-Al-Ni Martensite" Acta Crys.Suppl.C-386. A46. (1990)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] T.F.Smith and T.R.Finlayson: "Thermal Expansion Studies of Pre-Transformation Behaviour" Thermochimica Acta. 218. 135-144 (1993)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] M.Liu,T.R.Finlayson and T.F.Smith: "Thermal Expansion of Martensitic In-Tl:Stress-Induced Microstructure and Pre-Martensite State" Phys.Rev.B. 48. 3009-3015 (1993)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] M.Liu,T.R.Finlayson and T.F.Smith: "Low-Temperature Thermal Expansion Anomalies in Indium and its Solid-Solution Alloys with Thallium" Australian Journal of Physics. 46. 695-706 (1993)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] T.F.Smith and T.R.Finlayson: "Superconductivity and the FCT-FCC Transformation in Indium-Thallium Alloys as a Function of Pressure" Phys.Rev.B. (in press). (1994)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] T.Ohba, Y.Emura and K.Otsuka: "Structure Determination of the zeta_2' Martensite and the Mechanism of beta_2*zeta_2' Transformation in a Au-49.5at%Cd Alloy" Materials Trans.JIM. 33. 29-37 (1992)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Y.Murakami, K.Otsuka, S.Hanada and S.Watanabe: "Crystallography of Stress-induced B2*7R Martensitic Transformation in a Ni-37.0at%Al Alloy" Materials Trans.JIM. 33. 282-288 (1992)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] T.Hara, T.Ohba, S.Miyazaki and K.Otsuka: "Electron Microscopy Study of Type II Twins in gamma_1' Cu-Al-Ni Martensites" Materials Trans.JIM. 33. 1105-1113 (1992)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Y.Emura, T.Ohba and K.Otsuka: "Crystal Strucutre of zeta_2' Martensite in Au-49.5at%Cd Alloy" MRS Symp.Proc.246. 73-78 (1992)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] K.Otsuka, T.Ohba, M.Tokonami and C.M.Wayman: "New Description of Long Period Stacking Order Structures of Martensites in beta -phase Alloys" Scripta Met.29. 1359-1364 (1993)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] K.Otsuka and T.Ohba: "Recent Works on Crystal Structure Determination of Martensites" Proc.ICOMAT-92. 221-232 (1993)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] K.Morii, S.Miyazaki and K.Otsuka: "Shape Memory Effect Associated with beta_2*zeta_2' Martensitic Transformation in a Au-49.5at%Cd Alloy" Proc.ICOMAT-92. 1125-1130 (1993)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] T.Hara, T.Ohba, K.Otsuka, Y.Bando and S.Nenno: "High Resolution Electron Microscopy Observation of Twin Interfaces in gamma_1' Cu-Al-Ni and gamma_2' Au-Cd Martensite" Proc.ICOMAT-92. 257-262 (1993)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Y.Murakami, K.Otsuka, S.Hanada and S.Watanabe: "Mechanism of Self-accommodation of 7R Martensite in a Ni-37.0at%Al Alloy" Proc.IUMRS Int.Conf.on Advanced Materials. 9(in press). (1993)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] S.Morito, T.Inoue, K.Oda and K.Otsuka: "Electron Microscopy Observations of 15R and 12 Layers Martensites in Ni_<50>Al_XMn_<50-X> Alloys" Proc.IUMRS Int.Conf.on Advanced Materials. 9(in press). (1993)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] T.Inoue, S.Morito, Y.Murakami, K.Oda and K.Otsuka: "New Martensite Structures and Composition Dependence of Martensitic Transformations in Ni_<50>Al_XMn_<50-X> Alloys" Materials Letters. (in press).
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] T.Suzuki and K.Takahashi: "Nucleation Process of Martensite in Small Particles" Materials Trans.JIM. 33. 184-190 (1992)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] M.Inohara, M.Tanaka, M.Hashimoto and T.Suzuki: "Measurement of Elastic Module by Rectangular Parallelepiped Resonance Method" Jpn.J.Appl.Phys. Suppl.31-1. 31. 41-43 (1992)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] M.Inohara and T.Suzuki: "Measurement of Elastic Module by Rectangular Parallelepiped Resonance Method II" Jpn.J.Appl.Phys.32. 2238-2242 (1993)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] T.Suzuki and K.Osuka: "Role of High-Order Elastic Module in Elastic Finite Deformation" Jpn.J.Appl.Phys.32. 2252-2255 (1993)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] H.Abe, K.Ohshima, T.Suzuki, S.Hoshino and K.Kakurai: "Neutron-Scattering Study of Metallic Sodium" Phys.Rev.B. 49. 3739-3745 (1994)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] N.Toyoshima, K.Harada, H.Abe, K.Ohshima, T.Suzuki, M.Wuttig and T.R.Finlayson: "X-ray Diffraction Study of Martensitic Phase Transition in In-23at%Tl Alloy" J.Phys.Soc.Jpn.63(in press). (1994)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] T.Hara, T.Ohba, S.Nenno and K.Otsuka: "Structure Study of the R-Phase in a Ti-Ni-Fe Alloy by Electron Microscopy" Proc.IUMRS Int.Conf.on Advanced Materials. 9(in press). (1993)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] T.Ohba, T.Hara, S.Sasaki, M.Takata and Y.Komura: "Separation of Two Subsystems in Nd_<13>Fe_<46>B_<41> Composite Crystal Utilizing Synchrotron Radiation" Jpn.J.Appl.Phys.32. L1553-L1555 (1993)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] T.Hara, T.Ohba, Y.Bando and K.Otsuka: "On the Structure of Twin Interfaces in gamma_1' Cu-Al-Ni Martensite" Acta Crys. Suppl.C-386. A46. (1990)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] T.F.Smith and T.R.Finlayson: "Thermal Expansion Studies of Pre-Transformation Behavior" Thermochimica. 218. 135-144 (1993)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] M.Liu, T.R.Finlayson and T.F.Smith: "Thermal.Expansion of Martensitic In-Tl : Stress-Induced Microstructure and Pre-Martensite State" Phys.Rev. B. 48. 3009-3015 (1993)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] M.Liu, T.R.Finlayson and T.F.Smith: "Low-Temperature Thermal Expansion Anomalies in Indium and its Solid-Solution Alloys with Thallium" Australian Journal of Physics. 46. 695-706 (1993)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] T.F.Smith and T.R.Finlayson: "Superconductivity and the FCT-FCC Transformation in Indium-Thallium" Phys.Rev.B. (in press). (1994)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] K.OTSUKA and T.OHBA: "Recent Works on Crystal Structure Determination of Martensites" Proc.International Conference on Martensitic Trans-formations-92'Monterey. (1993)
• [文献書誌] K.MORII,S.MIYAZAKI and K.OTSUKA: "Shape Memory Effect and Superelasticity Effect Associated with β_2 to ζ^′_2 Martensitic Trans-formation in a Au-49.5at%Cd Alloy" Proc.International Conference on Martensitic Trans-formations-92,Monterey. (1993)
• [文献書誌] T.SUZUKI and K.OTSUKA: "Role of Higher Order Elastic Moduli in Large Finite Deformation" Jpn.J.Appl.Phys.(1993)
• [文献書誌] M.Liu,T.R.Finlayson and T.F.Smith: "Thermal Expansion of Martensitic In-Tl:Stress-induced Microstructure and Pre-Martensitic State" Phys.Rev.B. (1993)
• [文献書誌] M.Liu,T.R.Finlayson and T.F.Smith: "Low-Temperature Termal Expansion Anomalies in Indium and its Solid-Solution Alloys with Thallium" Aust.J.Phys.(1993)