超耐環境Cr-Cr_2B共晶系in-situ複合材料の高延性化

• 研究課題/領域番号: 13750661
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 構造・機能材料
• 研究機関: 大分工業高等専門学校
• 研究代表者: 松本 佳久 大分工業高等専門学校, 助教授 (40219522)
• 研究期間 (年度): 2001 – 2002
• 研究課題ステータス: 完了 (2002年度)
• 配分額: 2,200千円 (直接経費: 2,200千円); 2002年度: 600千円 (直接経費: 600千円); 2001年度: 1,600千円 (直接経費: 1,600千円)
• キーワード: Cr-Cr_2B共晶系in-situ複合材料 / Cr-13.5mol%B / 変形・破壊特性 / 室温延性 / 断熱材料 / 引張試験 / 3d遷移金属元素 / 脆性破壊 / 耐熱材料 / 三点曲げ試験 / バナジウム

研究概要

Cr-13.5mol%Bの共晶温度はNi基超合金のそれよりも約300K高く、密度も7.0×10^3kgf/m^3とNi基超合金よりも小さい。その他、様々な物性および機械的性質も耐熱材料に適した向上が見られる一方、室温延性に関しては乏しく、今のところ、改善されていない。これまでの研究で、Cr-Cr_2B共晶系in-situ複合材料に3d遷移金属のVを添加することにより、その有利な物理的性質を保ちつつ僅かに靭性が改善されることが分かっている。本研究では、Cr-Cr_2B共晶系in-situ複合材料に0.2および0.5mol%の3d遷移金属6種類(Ti, Mn, Fe, Co, NiおよびCu)を添加した場合の引張試験および三点曲げ試験による破断歪の変化を測定して、機械的性質の変化を調べ、室温靭性に及ぼす第三元素とその添加量および組織の影響について詳細に検討した。得られた結果を要約すると以下のようになる。
1.LV添加Cr-Cr_2B共晶系in-situ複合材料と同様に、Ti、FeおよびCoの本複合材料への添加は引張強度が増加し、同時に破断歪も増加することが分かった。
2.Cr-Cr_2B共晶系in-situ複合材料に第三元素として、各種3d遷移金属元素(Ti, Mn, Fe, Co, NiおよびCu)を添加した場合、その添加元素の種類、添加量を変えても、降伏点を生じるような延性改善の効果は得られなかった。
3.Cr-Cr_2B共晶系in-situ複合材料に第三元素として、各種3d遷移金属を添加した全ての合金において硬さに大きな変化が見られなかったことから、機械的性質には、初晶CrとCr-Cr_2B共晶の界面の状態が影響し、脆性破壊する傾向があることが分かった。従って、室温でより高い靭性や延性を得るためには、メゾスコピック組織制御などの結晶粒界制御に依存した母相組織の改良が必要であると考えられる。

研究成果

• [文献書誌] Y.Matsumoto: "Alloying Effects on Room Temperature Ductility and Surface Notch Sensitivity of Chromium"Proceedings of the European Congress on Advanced Materials, their Processes and Applications, 30 Sept.-2 Oct. 2002, ICM, Munich. ISBN3-88355-314-X(CD-ROM). (2003)
• [文献書誌] Y.Matsumoto: "Effect of V on deformation and fracture behaviour of Cr and Cr-Cr_2B in-situ composite materials"Proceedings of the International Congress on Advanced Materials and Processes, 1-4 October 2001, ICM, Munich. (印刷中). (2002)