| 研究課題/領域番号 |
21H04613
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| 研究種目 |
基盤研究(A)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
中区分26:材料工学およびその関連分野
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| 研究機関 | 東京工業大学 |
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研究代表者 |
稲邑 朋也 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 教授 (60361771)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-05 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2024年度)
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| 配分額 *注記 |
43,030千円 (直接経費: 33,100千円、間接経費: 9,930千円)
2024年度: 3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円)
2023年度: 4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)
2022年度: 12,610千円 (直接経費: 9,700千円、間接経費: 2,910千円)
2021年度: 22,750千円 (直接経費: 17,500千円、間接経費: 5,250千円)
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| キーワード | マルテンサイト変態 / 形状記憶号金 / 形状記憶合金 / 回位 / 加工熱処理 / マルテンサイト / 適合条件 / ３重点 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
形状記憶効果は繰り返し駆動による機能劣化が激しくほとんど実用化されていない．本提案ではドメイン組織のねじれに注目し，「ねじれの完全消去条件」とその近傍での残留ねじれ・ドメイン組織・転位累積・特性の関係を明らかにし，ねじれによる転位累積が機能劣化の主因であることを立証し長寿命化原理を確立する．さらに，ねじれは小さければ弾性緩和されることに着目し，残留していても機能劣化が進行しない「許容ねじれ量」が存在し，降伏応力を高めれば許容ねじれ量を拡大できることを検証する．これらにより，材料学的に裏付けされた，合金組成の選択幅が担保された実現性の高い長寿命化設計指導原理を構築する．
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| 研究実績の概要 |
昨年度に明らかにした，３重点のねじれが消失する幾何学条件を下に，ねじれを系統的に変化させた合金を作製してその組織を解析するとともに，無応力下，応力下（１００MPa)でのマルテンサイト変態温度，形状回復歪みが繰り返し数とともにどのように変化するのか解析した．その結果，ねじれが１°以内であれば，格子不変変形としての内部双晶を持たないタイル状のマルテンサイトドメインが双晶関係で結合した特異な組織が出現することがわかった．しかしMs変化はねじれが小さいほど小さく，ねじれ0.1°であれば１０００サイクル後の変態温度変化は１°程度であった．
またねじれ１°の合金のドメイン組織をTEM内で逆変態させて転位の発生挙動を解析した．幾何条件から予想される２種類の３重点（TC1, TC2)において，逆変態後も組織に転位は観察されなかった．しかしそれら３重点が連鎖して形成されたクラスター周囲には転位が発生しており，３重点に発生するねじれが集積して転位発生をおこしていることが示唆された．このことからもねじれの存在は転位の発生をもたらし形状記憶特性の劣化を起こす要因であることが確認された．
上記の材料にたいして，１０％の冷間圧延を加えてから４００℃で熱処理を施したところ，マルテンサイト変態点は無処理材とほぼ同じであるがビッカース硬度は全ての合金で２０％ほど増加した．これは降伏応力が加工硬化によって上昇したことを意味する．これらの材料に対して無応力下，応力下（１００MPa)での繰り返しサイクル試験を行ったところ，上記の加工熱処理によって，１０００サイクル後のマルテンサイト変態温度のシフトは，無処理状態で３℃であった合金であっても１℃以下に抑えることに成功した．このように，本研究で提案する加工熱処理法とねじれ制御の相乗効果によって，ねじれを完全に消失させなくても飛躍的な長寿命化が可能であることが立証された．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
予定よりも早く，加工熱処理とねじれ消去の相乗効果を実験的に確認することができた．またねじれが１°程度であっても３重点１つ１つには転位は発生しておらず，それらが集合体となった場合に周囲に転位が発生する点も予想外の結果であった．このことは，比較的ねじれが大きい合金であっても降伏応力を増加させることで３重点連鎖組織の形成を可能にする一因であると思われる．またその場観察からも３重点連鎖組織が一気に形成する様が観察されており，マルテンサイト組織の形成過程として前例のない予想外の結果が得られている．
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| 今後の研究の推進方策 |
当初の予定を前倒しして今年度内に「許容ねじれ値」を定量的に同定する．そのために加工熱処理を施した材料のサイクル試験を続行する．さらに転位の発生状況をTEMをもちいてより詳細に解析するとともに，組織形成過程のその場観察をすすめる．
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