bcc系Ti合金において発現する“室温時効に伴う”特異な相変態および力学特性変化

• 研究課題/領域番号: 17H03414
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 構造・機能材料
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 多根 正和 大阪大学, 産業科学研究所, 准教授 (80379099)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2020-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2019年度)
• 配分額: 17,940千円 (直接経費: 13,800千円、間接経費: 4,140千円); 2019年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円); 2018年度: 3,510千円 (直接経費: 2,700千円、間接経費: 810千円); 2017年度: 13,000千円 (直接経費: 10,000千円、間接経費: 3,000千円)
• キーワード: 相転移 / 弾性論 / チタン合金 / 相変態

研究成果の概要

室温時効に伴う弾性率増加を引き起こすDiffuse ω構造の形成が、室温近傍での時効によって無拡散で等温的に変態が生じる無拡散等温ω変態と名付けた新たな相転移によって引き起こされていることを明らかにした。さらに、無拡散等温ω変態の相転移速度が相転移の素過程に対応する動的な原子面のつぶれとω相の核生成に起因した2種類の熱活性化過程に支配されていることを明らかにした。加えて、無拡散等温ω変態は室温近傍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局所的な相転移であることを解明した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

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。

研究成果

• [雑誌論文] Diffusionless isothermal omega transformation in titanium alloys driven by quenched-in compositional fluctuations (2019)
  • 著者名/発表者名: M. Tane, H. Nishiyama, A. Umeda, N. L. Okamoto, K. Inoue, M. Luckabauer, Y. Nagai, T. Sekino, T. Nakano, and T. Ichitsubo
  • 雑誌名: Physical Review Materials 巻: 3 号: 4 ページ: 43604-43604
  • DOI: 10.1103/physrevmaterials.3.043604
  • 査読あり
• [雑誌論文] 集合組織を有する多結晶材料のX線応力ファクターに及ぼす結晶配向度，結晶粒形状および弾性異方性の影響 (2019)
  • 著者名/発表者名: 多根 正和
  • 雑誌名: 鉄と鋼 巻: 105 号: 11 ページ: 1080-1089
  • DOI: 10.2355/tetsutohagane.TETSU-2019-052
  • NAID: 130007738849
  • ISSN: 0021-1575, 1883-2954
  • 査読あり
• [雑誌論文] Nanocomposite microstructures dominating anisotropic elastic modulus in carbon fibers (2019)
  • 著者名/発表者名: M. Tane, H. Okuda, F. Tanaka
  • 雑誌名: Acta Materialia 巻: 166 ページ: 75-84
  • DOI: 10.1016/j.actamat.2018.12.029
  • 査読あり
• [雑誌論文] Superior energy absorption in porous magnesium: Contribution of texture development triggered by intra-granular misorientations (2019)
  • 著者名/発表者名: Tsuyoshi Mayama, Masakazu Tane, Yuichi Tadano
  • 雑誌名: Acta Materialia 巻: 165 ページ: 62-72
  • DOI: 10.1016/j.actamat.2018.11.037
  • 査読あり
• [雑誌論文] チタンおよびチタン合金の弾性特性 (2018)
  • 著者名/発表者名: 多根 正和
  • 雑誌名: 軽金属 巻: 68
  • 査読あり
• [雑誌論文] 結晶配向性を有する多結晶体の弾性率から単結晶弾性率を決定する方法の構築 (2017)
  • 著者名/発表者名: 多根 正和
  • 雑誌名: まてりあ 巻: 56 号: 9 ページ: 541-545
  • DOI: 10.2320/materia.56.541
  • NAID: 130006038187
  • ISSN: 1340-2625, 1884-5843
  • 査読あり
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 多根 正和
  • 学会等名: 日本金属学会2020年春期(第166回)講演
  • 国際学会
• [学会発表] Micromechanics-based extraction of single-crystalline elastic constants from polycrystalline samples: Application to Ti and Mg alloys (2019)
  • 著者名/発表者名: Masakazu Tane
  • 学会等名: European Congress And Exhibition on Advanced Materials and Processes (EUROMAT 2019)
  • 招待講演
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 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
  • 学会等名: 日本金属学会2019年秋期(第165回)講演大会
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 西尾 祐輝, 多根 正和, 関野 徹, 市坪 哲
  • 学会等名: 日本金属学会2019年秋期(第165回)講演大会
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 笠谷 周平, 岡本 範彦, 多根 正和, Martin Luckabauer, 筒井 智嗣, 市坪 哲
  • 学会等名: 日本金属学会2019年秋期(第165回)講演大会
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 岡本 範彦, 笠谷 周平, Martin Luckabauer, 多根 正和, 市坪 哲
  • 学会等名: 日本金属学会2019年秋期(第165回)講演大会
• [学会発表] 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 fluctuations (2019)
  • 著者名/発表者名: 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
  • 学会等名: 合金状態図第172委員会 第37回委員会・研究会
• [学会発表] Diffusionless isothermal omega transformation in titanium alloys: Thermodynamics and kinetics of displacive phase transition driven by quenched-in compositional fluctuations (2019)
  • 著者名/発表者名: Masakazu Tane, Norihiko L. Okamoto, Koji Inoue, Martin Luckabauer, Yasuyoshi Nagai, Tohru Sekino, Takayoshi Nakano, and Tetsu Ichitsubo
  • 学会等名: Summit of Materials Science 2019 and GIMRT User Meeting 2019
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Elastic-modulus enhancement during room-temperature aging in β-Ti alloys (2018)
  • 著者名/発表者名: Masakazu Tane, Akihiro Umeda, Koji Hagihara, Masato Ueda, Takayoshi Nakano, Tohru Sekino, and Tetsu Ichitsubo
  • 学会等名: International Conference on PROCESSING & MANUFACTURING OF ADVANCED MATERIALS Processing, Fabrication, Properties, Applications (THERMEC '2018)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 多根 正和, 梅田 旭洋, 関野 徹, 中野 貴由, 市坪 哲
  • 学会等名: 日本金属学会2018年秋期(第163回)講演大会
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 枝松 洸来, 多根 正和, 関野 徹, 中野 貴由, 市坪 哲
  • 学会等名: 日本金属学会2018年秋期(第163回)講演大会
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 笠谷 周平, Martin Luckabauer, 岡本 範彦, 多根 正和, 市坪 哲
  • 学会等名: 日本金属学会2018年秋期(第163回)講演大会
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 笠谷 周平, 岡本 範彦, 多根 正和, 市坪 哲
  • 学会等名: 日本材料学会・若手学生研究発表会
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 多根 正和, 梅田 旭洋, 関野 徹, 中野 貴由, 岡本 範彦, 市坪 哲
  • 学会等名: 日本金属学会 2018年春期(第162回)講演大会
• [学会発表] 室温付近におけるTi-V 合金の相変態挙動 (2018)
  • 著者名/発表者名: 笠谷 周平, Martin Luckabauer, 岡本 範彦, 多根 正和, 市坪 哲
  • 学会等名: 日本金属学会 2018年春期(第162回)講演大会
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 多根 正和
  • 学会等名: 本多記念研究奨励賞受賞講演
  • 招待講演
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 梅田 旭洋, 多根 正和, 関野 徹, 中野 貴由, 市坪 哲
  • 学会等名: 日本金属学会 2017年秋期(第161回)講演大会
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 多根 正和
  • 学会等名: 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」
  • 招待講演