| 研究課題/領域番号 |
19J01767
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| 研究種目 |
特別研究員奨励費
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 国内 |
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| 審査区分 |
小区分26050:材料加工および組織制御関連
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| 研究機関 | 横浜国立大学 |
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研究代表者 |
増田 高大 横浜国立大学, 大学院工学研究院, 特別研究員(PD)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-25 – 2022-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2021年度)
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| 配分額 *注記 |
4,810千円 (直接経費: 3,700千円、間接経費: 1,110千円)
2021年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
2020年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
2019年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
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| キーワード | アルミニウム合金 / 固溶強化 / 時効析出 / 高圧力 / 巨大ひずみ加工 / 析出強化 / 圧力制御 / 固溶限拡大 / 結晶粒微細化 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究では、アルミニウム合金の材料強化手段に圧力パラメーターを新たに取り入れ、固溶量と析出量を同時に増大した高強度時効硬化型アルミニウム合金の開発を目指す。まず、高圧下での状態図を計算科学により予測し、これをもとに圧力付与の状態で溶体化処理を行い溶質原子の固溶量を増大させる。次に、巨大ひずみの導入を利用した組織制御技術を用い、結晶粒を超微細化する。その後の時効処理にも圧力因子を取り入れ、原子拡散速度を制御することで析出粒子を微細分散させる。また、SPring-8の高輝度X線を利用したその場観察法により、高圧下で生じる原子挙動を明確化し、圧力因子を取り入れた強化原理を構築することも目標とする。
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| 研究実績の概要 |
前年度までに、Al-Cu系合金にて固溶量を11.5%に増大でき、固溶強化と析出強化により最大で206 HVに高強度化できることを示した。今年度は、高圧ねじり（HPT）加工を用いた結晶粒微細化により、さらなる高強度化を試みた。
HPT加工は、直径2 mmの試料においてもひずみを効果的に導入するため、リング状の真鍮材料に試料を埋め込んだ状態で実施した。これにより、10回転の加工で最大30の相当ひずみを導入可能となった。その結果、硬さは試料外周部で227 HVとなり、結晶粒微細化により大幅な強度向上が達成できた。かつ相当ひずみ10以上の導入で、定常状態となることが明らかとなった。その後80℃で時効を行うことで、硬さはさらに向上し最大で235 HVとなった。これらはいずれもAl-4%Cu材にHPT加工を施した際の強度を上回っており、固溶量増大で一層の高強度化に繋がることが明らかとなった。しかし、時効硬化量に着目すると、固溶量を増大した効果はみられず8 HV程度であった。これは時効中に析出物形成ではなく粒界偏析が促進されたためと考えられる。すなわち、Al-Cu系では偏析元素はAlよりも原子半径の小さなCuのみであるため、小角粒界の応力場を効果的に緩和出来ず、高強度化にあまり寄与しなかったことが示唆された。また引張試験は、微小電子機械システム(MEMS)を用いたマイクロ引張試験により行った。これにより、高圧下における固溶量増大とHPT加工の併用で、引張強度も710 MPaに高強度化できることが明らかとなった。
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| 現在までの達成度 (段落) |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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| 今後の研究の推進方策 |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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