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巨大ひずみ加工で鉄を有効活用した高強度・高導電性アルミニウム合金の開発

研究課題

研究課題/領域番号 19K15324
研究種目

若手研究

配分区分基金
審査区分 小区分26050:材料加工および組織制御関連
研究機関横浜国立大学

研究代表者

増田 高大  横浜国立大学, 大学院工学研究院, 日本学術振興会特別研究員 (60838639)

研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2021-03-31
研究課題ステータス 完了 (2020年度)
配分額 *注記
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
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: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
キーワード巨大ひずみ加工 / 過飽和固溶体 / 結晶粒微細化 / 固溶 / 時効析出 / 高強度 / 高導電性 / 連続加工 / アルミニウム合金
研究開始時の研究の概要

アルミニウムは、その高い比強度・導電率から電線材料としても注目されており、実用化のためには高導電率を保持したままの高強度化が望まれる。
本研究の目的は、Al基のAl-Fe 2元系合金に巨大ひずみ加工技術を利用して鉄を過飽和に固溶させ、続く時効処理で鉄含有の微細粒子を析出分散させて、Al本来の高導電率を保持しつつ高強度アルミニウム合金の開発を目指すことである。
研究は、その場X線解析等の動的観察法を取り入れて進める。特に、導電率と微細組織を結びつけることで、導電率を損なわずに強度向上が図れる微細組織を見出す。また、連続加工技術を利用した長尺電線材料作製の観点からも研究を行っていく。

研究成果の概要

本研究では、直径100mmに大型化したリング状Al-2%Fe合金に高圧ねじり(HPT)加工を施し、均一ひずみ導入を試みた。わずか1回転で鉄を1wt%過飽和固溶でき、温度473 Kで時効することで引張強度は最大で730 MPaとなった。4探針法による電気抵抗率測定結果を併せると、0.25回転材で、高導電性を維持しつつ強度向上を達成できた。加えて従来の連続加工法(CHPT法)をもとに、ワイヤー状試料を2本同時に加工できるよう改良を施した。改良は金型に挿入口・取出口を設け、ワイヤー上試料が円対称となるように設置することで実施した。これにより、相当ひずみ25の巨大ひずみが導入可能となった。

研究成果の学術的意義や社会的意義

これまで巨大ひずみ加工領域の大面積化には装置容量の限界という問題があった。本研究により、2本のワイヤー試料に連続的なひずみ導入のための加工原理を構築した。かつAl-Fe系合金にて鉄の過飽和固溶・析出を利用した特性向上を達成し、超微細粒を有する電線材料の開発可能性を示した。さらに、各ワイヤーの加工直径を調整することで、同時加工数を増大できる可能性を示し、巨大ひずみ加工法の一般化に繋がる結果を得られた。

報告書

(3件)
  • 2020 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2019 実施状況報告書
  • 研究成果

    (13件)

すべて 2021 2020 2019

すべて 雑誌論文 (8件) (うち国際共著 3件、 査読あり 8件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (5件) (うち国際学会 2件)

  • [雑誌論文] <i>In Situ</i> Synchrotron X-ray Analysis: Application of High-Pressure Sliding Process to Ti Allotropic Transformation2021

    • 著者名/発表者名
      Horita Zenji、Maruno Daisuke、Ikeda Yukimasa、Masuda Takahiro、Tang Yongpeng、Arita Makoto、Higo Yuji、Tange Yoshinori、Ohishi Yasuo
    • 雑誌名

      MATERIALS TRANSACTIONS

      巻: 62 号: 2 ページ: 167-176

    • DOI

      10.2320/matertrans.MT-M2020314

    • NAID

      130007974693

    • ISSN
      1345-9678, 1347-5320
    • 年月日
      2021-02-01
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Continuous high-pressure torsion of pure Al and Al-2?wt% Fe alloy using multi-wires2021

    • 著者名/発表者名
      Masuda Takahiro、Hirosawa Shoichi、Horita Zenji
    • 雑誌名

      Journal of Materials Science

      巻: 56 号: 14 ページ: 8679-8688

    • DOI

      10.1007/s10853-020-05484-8

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Synchrotron X-ray diffraction observation of phase transformation during annealing of Si processed by high-pressure torsion2021

    • 著者名/発表者名
      Ikoma Yoshifumi、Yamasaki Terumasa、Masuda Takahiro、Tange Yoshinori、Higo Yuji、Ohishi Yasuo、McCartney Martha R.、Smith David J.、Horita Zenji
    • 雑誌名

      Philosophical Magazine Letters

      巻: - 号: 6 ページ: 1-9

    • DOI

      10.1080/09500839.2021.1905192

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Achieving highly strengthened Al?Cu?Mg alloy by grain refinement and grain boundary segregation2020

    • 著者名/発表者名
      Masuda Takahiro、Sauvage Xavier、Hirosawa Shoichi、Horita Zenji
    • 雑誌名

      Materials Science and Engineering: A

      巻: 793 ページ: 139668-139668

    • DOI

      10.1016/j.msea.2020.139668

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Mechanical properties and electrical conductivity of ultrafine-grained aluminum consolidated by high-pressure sliding2020

    • 著者名/発表者名
      Tang Yongpeng、Komatsu Takuya、Masuda Takahiro、Arita Makoto、Takizawa Yoichi、Yumoto Manabu、Otagiri Yoshiharu、Horita Zenji
    • 雑誌名

      Materialia

      巻: 14 ページ: 100916-100916

    • DOI

      10.1016/j.mtla.2020.100916

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Grain Refinement of AZ31 and AZ61 Mg Alloys through Room Temperature Processing by UP-Scaled High-Pressure Torsion2019

    • 著者名/発表者名
      Masuda Takahiro、Horita Zenji
    • 雑誌名

      MATERIALS TRANSACTIONS

      巻: 60 号: 7 ページ: 1104-1110

    • DOI

      10.2320/matertrans.M2018308

    • NAID

      130007666636

    • ISSN
      1345-9678, 1347-5320
    • 年月日
      2019-07-01
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Production of Superplastic Ti–6Al–7Nb Alloy Using High-Pressure Sliding Process2019

    • 著者名/発表者名
      Watanabe Kyohei、Ashida Maki、Masuda Takahiro、Kral Petr、Takizawa Yoichi、Yumoto Manabu、Otagiri Yoshiharu、Sklenicka Vaclav、Hanawa Takao、Horita Zenji
    • 雑誌名

      MATERIALS TRANSACTIONS

      巻: 60 号: 9 ページ: 1785-1791

    • DOI

      10.2320/matertrans.ME201924

    • NAID

      130007695408

    • ISSN
      1345-9678, 1347-5320
    • 年月日
      2019-07-01
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Effects of Grain Refinement and Predeformation Impact by Severe Plastic Deformation on Creep in P92 Martensitic Steel2019

    • 著者名/発表者名
      Sklenicka Vaclav、Kral Petr、Dvorak Jiri、Takizawa Yoichi、Masuda Takahiro、Horita Zenji、Kucharova Kveta、Kvapilova Marie、Svobodova Marie
    • 雑誌名

      Advanced Engineering Materials

      巻: 22 号: 1 ページ: 1900448-1900448

    • DOI

      10.1002/adem.201900448

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] 時効硬化型アルミニウム合金の固溶量と析出挙動に及ぼす高圧力の影響とその場解析2020

    • 著者名/発表者名
      増田高大, 廣澤渉一, 美藤正樹, 堀田善治, 新名亨, 入舩徹男, 肥後祐司, 丹下慶範, 大石泰生
    • 学会等名
      第138回軽金属学会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] Impact of high-pressure thermal process on solid solubility and precipitation in age-hardenable aluminium alloys2020

    • 著者名/発表者名
      T. Masuda, S. Hirosawa, Z. Horita, T. Shinmei, T. Irifune, Y. Higo, Y. Tange, Y. Ohishi
    • 学会等名
      The 17th International Conference on Aluminum Alloys (ICAA17)
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 時効硬化型アルミニウム合金における固溶量と析出現象に及ぼす高圧力の影響2019

    • 著者名/発表者名
      増田高大、廣澤渉一、堀田善治、有田誠、新名亨、入舩徹男、肥後祐司、丹下慶範、大石泰生
    • 学会等名
      第60回高圧討論会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] HPT(High-Pressure Torsion)で巨大ひずみ加工したAl-2%Fe合金の強度・導電性の評価2019

    • 著者名/発表者名
      増田高大、廣澤渉一、堀田善治
    • 学会等名
      第137回軽金属学会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] Fabrication of supersaturated Al-2wt%Fe alloy through grain refinement by upsized High-Pressure Torsion2019

    • 著者名/発表者名
      Takahiro Masuda, Zenji Horita
    • 学会等名
      14th International Aluminium Conference (INALCO2019)
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会

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公開日: 2019-04-18   更新日: 2022-01-27  

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