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2018 年度 実績報告書

力学解析によるキンク形成・強化のメカニズム解明

計画研究

研究領域ミルフィーユ構造の材料科学-新強化原理に基づく次世代構造材料の創製-
研究課題/領域番号 18H05478
研究機関大阪大学

研究代表者

萩原 幸司  大阪大学, 工学研究科, 准教授 (10346182)

研究分担者 岸田 恭輔  京都大学, 工学研究科, 准教授 (20354178)
榎 学  東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (70201960)
研究期間 (年度) 2018-06-29 – 2023-03-31
キーワードキンク変形 / ミルフィーユ構造 / 変形モード / 強度 / その場観察 / 単結晶 / マイクロ試験
研究実績の概要

プロジェクト初年度である本年は,経験則的観点から提案されたキンク形成・強化のための「ミルフィーユ条件」の妥当性解明を実現するための研究基盤整備を着実に進めた.これに加えさらに各研究者が多くの実験を予定を前倒して遂行することで,ミルフィーユ材料の力学特性,特に本班で課題とする(A)キンク変形帯の形成,(B)これを介した強化機構に関する多くの知見を得た.
(A)キンク帯を介した強化機構としては, LPSO相を主相とするMg89Zn4Y7(at.%)押出材に着目した力学特性解析により,キンク変形帯が実際に押出材の強化に直接的に寄与すること,さらにその強化程度が押出比の増加,すなわちキンク変形帯の量に依存して増加することが世界に先駆けて定量的に見出した.またさらに重要な点として,この強化には顕著な方位依存性があることが明らかにされた.
また(B)キンク形成機構としては,キンク形成の動的その場観察手法を整備し,形成速度の定量評価が可能となった.さらにキンク形成とミルフィーユ構造との関連を明らかにするための重要な知見として,マイクロピラーを用いたTi3SiC2 MAX相の力学特性解明を実現した.Ti3SiC2相はLPSO相同様,室温より底面すべりが運動可能であり,その活動が抑制される方位での荷重負荷により,キンク変形が生じることを見出した.さらに高分解能STEMを用いた詳細な解析により,同相中におけるキンク界面は,底面転位の集団運動,同符号の刃状転位の配列により形成される小傾角粒界であるとする,転位ベースの形成機構モデルで矛盾なく説明できることを見出した.しかし一方で,LPSO相中との違いとして,頻繁にデラミネーション等が生じることを明らかにし,キンク変形帯をミルフィーユ条件に基づき強化につなげていくには,このデラミネーションの発現機構を解明し,抑制策を構築する重要性を明らかにした.

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

上述のように,研究内容自身については当初の想定を上回るペースで多くの新規知見が得られており,極めて順調に計画が進捗している.
また,大学の垣根を越えたミルフィーユ材料の力学特性解明,特にキンク変形帯の形成機構,これを介した強化機構の解明に向けた密接な共同研究実施に向け,参画研究者による三回の研究会を開催し,ベクトルを合わせた着実な研究推進がなされた.さらに他班の研究会にも研究者各自が積極的に参画することにより,グループ間の垣根を越えた議論を行い,今後のより密接な連携研究推進に向けた着実な基盤整備を行った.その成果として既に本年度において,A01班との共同研究による2本の論文発表にまで至るなど,当初想定を超える,多くの成果が既に得られている.

今後の研究の推進方策

本年度検討により,LPSO相以外の材料においても,ミルフィーユ構造を有する幾つかの材料において,期待通りキンク変形帯の発現が見出された.それら材料中におけるキンク帯の特徴,LPSO相中のそれとの差異を比較解明していくことにより,「経験的ミルフィーユ条件」の妥当性についてより精緻な検討を進めていく.この結果を踏まえつつ,本年度以降においてはLPSO相基材料におけるキンクを介した変形強化機構等に関しても,従来知見が不足している複相材中の挙動,また破壊,疲労挙動等にも着目しつつ,引き続き検討を進める.またLPSO相の合金組成についても,これまでのLPSO相単相材のみならず,Mg相を含有するY,Zn低濃度相へと調査対象を拡大することにより,ミルフィーユ材料のより広範な利用方策の確立を目指す.

備考

当該研究成果による学協会での本年度受賞件数:4件

  • 研究成果

    (55件)

すべて 2019 2018 その他

すべて 雑誌論文 (9件) (うち国際共著 1件、 査読あり 9件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (44件) (うち国際学会 16件、 招待講演 11件) 備考 (2件)

  • [雑誌論文] "Strengthening mechanisms acting in extruded Mg-based long-period stacking ordered (LPSO)-phase alloys"2019

    • 著者名/発表者名
      *K. Hagihara, Z. Li, M. Yamasaki, Y. Kawamura, T. Nakano
    • 雑誌名

      Acta Materialia

      巻: 163 ページ: 226~239

    • DOI

      https://doi.org/10.1016/j.actamat.2018.10.016

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] “Microstructure and mechanical properties of a MoSi2-Mo5Si3 eutectic composite processed by laser surface melting”2019

    • 著者名/発表者名
      J.A. Vega Farje, H. Matsunoshita, *K. Kishida, H. Inui
    • 雑誌名

      Materials Characterization

      巻: 148 ページ: 162-170

    • DOI

      https://doi.org/10.1016/j.matchar.2018.12.016

    • 査読あり
  • [雑誌論文] “Numerical investigation of the influence of twinning/detwinning on fatigue crack initiation in AZ31 magnesium alloy”2019

    • 著者名/発表者名
      F. Briffod, T. Shiraiwa, M. Enoki
    • 雑誌名

      Materials Science and Engineering A

      巻: 753 ページ: 79-90

    • DOI

      https://doi.org/10.1016/j.msea.2019.03.030

    • 査読あり
  • [雑誌論文] “Plastic deformation behavior and operative slip systems in Mg17Al12 single crystals”2018

    • 著者名/発表者名
      *K. Hagihara, K. Hayakawa
    • 雑誌名

      Materials Science & Engineering A,

      巻: 737 ページ: 393-400

    • DOI

      https://doi.org/10.1016/j.msea.2018.09.056

    • 査読あり
  • [雑誌論文] “In-plane positional correlations among dopants in 10H type long period stacking ordered Mg75Zn10Y15 alloy studied by X-ray fluorescence holography”2018

    • 著者名/発表者名
      T. Nishioka, Y. Yamamoto, *K. Kimura, K. Hagihara, H. Izuno, N. Happo, S. Hosokawa, E. Abe, M. Suzuki, T. Matsushita, K. Hayashi
    • 雑誌名

      Materialia

      巻: 3 ページ: 256-259

    • DOI

      https://doi.org/10.1016/j.mtla.2018.09.002

    • 査読あり
  • [雑誌論文] “Mg 基LPSO 相をはじめとする種々の異方性材料に見られる特異な変形帯形成”2018

    • 著者名/発表者名
      *萩原幸司,中野貴由,山崎倫昭,河村能人
    • 雑誌名

      日本金属学会誌まてりあ,

      巻: 57 ページ: 607

    • DOI

      https://doi.org/10.2320/materia.57.607

    • 査読あり
  • [雑誌論文] “Micropillar compression deformation of single crystals of Mo5SiB2 with the tetragonal D8l structure”2018

    • 著者名/発表者名
      *K. Kishida, T. Maruyama, H. Matsunoshita, T. Fukuyama, H. Inui
    • 雑誌名

      Acta Materialia

      巻: 159 ページ: 416-428

    • DOI

      https://doi.org/10.1016/j.actamat.2018.08.048

    • 査読あり
  • [雑誌論文] “On the influence of crystallography and dendritic microstructure on micro shear behavior of single crystal Ni-based superalloys”2018

    • 著者名/発表者名
      *G. Laplanche, N. Wieczorek, F. Fox, S. Berglund, J. Pfetzing-Micklich, K. Kishida, H. Inui, G. Eggeler
    • 雑誌名

      Acta Materialia

      巻: 160 ページ: 173-184

    • DOI

      https://doi.org/10.1016/j.actamat.2018.08.052

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] “Anisotropic plastic deformation of single crystals of the MAX phase compound Ti3SiC2 investigated by micropillar compression”2018

    • 著者名/発表者名
      M. Higashi, S. Momono, *K. Kishida, N.L. Okamoto, H. Inui
    • 雑誌名

      Acta Materialia

      巻: 161 ページ: 161-170

    • DOI

      https://doi.org/10.1016/j.actamat.2018.09.024

    • 査読あり
  • [学会発表] Deformation and strengthening mechanisms in Mg-based long-period stacking ordered (LPSO) phase 7th ESISM Workshop in Kyoto “Fundamental Issues of Structural Materials"2019

    • 著者名/発表者名
      K. Hagihara, M. Yamasaki, Y. Kawamura, T. Nakano
    • 学会等名
      7th ESISM Workshop in Kyoto “Fundamental Issues of Structural Materials"
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 長周期積層Mg基LPSO 相の塑性変形機構,キンク変形帯を介した強化機構2019

    • 著者名/発表者名
      萩原幸司,山崎倫昭,河村能人,中野貴由
    • 学会等名
      日本金属学会 2019春期講演大会
    • 招待講演
  • [学会発表] 軽量高強度Mg合金強化相としてのLPSO相の変形,強化機構2019

    • 著者名/発表者名
      萩原幸司,山崎倫昭,河村能人,中野貴由
    • 学会等名
      日本材料学会 第2回マルチスケール材料力学部門委員会
    • 招待講演
  • [学会発表] Mg17Al12単結晶の塑性変形機構,ミルフィーユ材料への展開2019

    • 著者名/発表者名
      早川恭平,萩原幸司
    • 学会等名
      軽金属学会関西支部2018年度若手研究者・院生による研究発表会
  • [学会発表] Mg系複相一方向性凝固合金の組織,力学特性2019

    • 著者名/発表者名
      三好康介,早川恭平,萩原幸司
    • 学会等名
      軽金属学会関西支部2018年度若手研究者・院生による研究発表会
  • [学会発表] Al系複相一方向性凝固合金の組織,力学特性2019

    • 著者名/発表者名
      西浦且章,高田尚記,萩原幸司
    • 学会等名
      軽金属学会関西支部2018年度若手研究者・院生による研究発表会
  • [学会発表] Mg基LPSO相における,キンク帯を介した組織・力学特性制御2019

    • 著者名/発表者名
      成本裕希,萩原幸司,山崎倫昭,河村能人,中野貴由
    • 学会等名
      軽金属学会関西支部2018年度若手研究者・院生による研究発表会
  • [学会発表] LPSO相におけるキンク形成,強化挙動制御の試み2019

    • 著者名/発表者名
      萩原幸司,成本裕希,上山 椋平,山崎倫昭,眞山剛,河村能人, 中野貴由
    • 学会等名
      日本金属学会 2019春期講演大会
  • [学会発表] Ti3Alおよびhcp-Ti単結晶のマイクロピラー圧縮変形2019

    • 著者名/発表者名
      金 振謙,松本淳史,岸田恭輔,乾 晴行
    • 学会等名
      材料物性工学談話会平成30年度第2回講演会
  • [学会発表] セメンタイト単結晶のマイクロピラー圧縮変形2019

    • 著者名/発表者名
      門田信幸,岸田恭輔,乾 晴行,Wei CHEN
    • 学会等名
      材料物性工学談話会平成30年度第2回講演会
  • [学会発表] Micropillar compression deformation of (Fe, Ni)2Nb ternary Laves phase compounds2019

    • 著者名/発表者名
      Yi Su,岸田恭輔,乾 晴行
    • 学会等名
      材料物性工学談話会平成30年度第2回講演会
  • [学会発表] Ti3SiC2 MAX相単結晶のマイクロピラー圧縮変形2019

    • 著者名/発表者名
      岸田恭輔,東 雅也,桃野将伍,岡本範彦,乾 晴行
    • 学会等名
      日本金属学会2019年春期(第164回)講演大会
  • [学会発表] Mg-Zn-Y LPSO相単結晶のSEM内その場マイクロピラー圧縮変形2019

    • 著者名/発表者名
      大影晃平,門田信幸,岸田恭輔,乾 晴行
    • 学会等名
      日本金属学会2019年春期(第164回)講演大会
  • [学会発表] Plastic deformation of layered compounds studied by micropillar compression and scanning electron microscopy2018

    • 著者名/発表者名
      K. Kishida, H. Inui
    • 学会等名
      International symposium on Atomistic Processes of Crystal Plasticity
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Room temperature deformation of transition-metal silicides investigated by micropillar compression method2018

    • 著者名/発表者名
      K. Kishida, H. Inui
    • 学会等名
      MRS 2018 Fall Meeting & Exhibit
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Dynamic in situ observation of twinning and kinking in Mg alloys2018

    • 著者名/発表者名
      Manabu Enoki
    • 学会等名
      The 4th Russia-Japan International Seminar on Advanced Materials
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] “Effects of Stress Direction and Kink Density on Creep Strength in a Directionally Solidified Long Period Stacking Ordered Type Magnesium Alloy”2018

    • 著者名/発表者名
      M. Suzuki, Y. Takahashi, R. Watanabe and K. Hagihara
    • 学会等名
      International Conference on Processing & Manufacturing of Advanced Materials (THERMEC’2018)
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] キンク変形帯に着目した LPSO 相押出合金の力学特性支配因子の検討2018

    • 著者名/発表者名
      萩原幸司,李自宣,山崎倫昭,河村能人,中野貴由
    • 学会等名
      日本金属学会 2018秋期講演大会
    • 招待講演
  • [学会発表] 長周期積層型 Mg-LPSO 相の塑性変形機構についての考察2018

    • 著者名/発表者名
      萩原幸司,山崎倫昭,河村能人,中野貴由
    • 学会等名
      日本金属学会 2018秋期講演大会
    • 招待講演
  • [学会発表] マイクロピラー圧縮試験法を用いた塑性変形研究の最前線2018

    • 著者名/発表者名
      岸田恭輔
    • 学会等名
      日本金属学会2018年秋期講演大会
    • 招待講演
  • [学会発表] マイクロピラー圧縮試験による結晶性材料の変形機構解析2018

    • 著者名/発表者名
      岸田恭輔, 乾 晴行
    • 学会等名
      日本材料学会第67期第1回マルチスケール材料力学部門委員会
    • 招待講演
  • [学会発表] Mg17Al12単結晶の塑性変形挙動2018

    • 著者名/発表者名
      早川恭平,萩原幸司
    • 学会等名
      日本金属学会 2018秋期講演大会
  • [学会発表] Operative deformation mode and the plastic deformation behavior of the Mg-based long-period stacking ordered (LPSO) phases2018

    • 著者名/発表者名
      K. Hagihara T. Nakano, M. Yamasaki, Y. Kawamura
    • 学会等名
      International symposium on Atomistic Processes of Crystal Plasticity
    • 国際学会
  • [学会発表] βチタン合金単結晶の交番変形にて誘起される方位制御ω相形成2018

    • 著者名/発表者名
      萩原幸司,中野貴由
    • 学会等名
      第6回チタン若手研究会
  • [学会発表] Mg基LPSO合金の塑性挙動の荷重軸方位,温度,ひずみ速度依存性2018

    • 著者名/発表者名
      萩原幸司,山崎倫昭,河村能人,中野貴由
    • 学会等名
      第135回 軽金属学会 2018 秋期講演大会
  • [学会発表] Superior mechanical properties induced by extrusion in Mg-based long-period stacking ordered (LPSO) phase alloys2018

    • 著者名/発表者名
      K. Hagihara, Z. Li, M. Yamasaki, Y. Kawamura, T. Nakano
    • 学会等名
      2018 Materials Research Society (MRS) fall meeting
    • 国際学会
  • [学会発表] Strengthening mechanisms acting in the extruded LPSO phase alloys2018

    • 著者名/発表者名
      K. Hagihara, Z. Li, M. Yamasaki, Y. Kawamura, T. Nakano
    • 学会等名
      International conference "LPSO2018"
    • 国際学会
  • [学会発表] Deformation mechanism of Mg17Al12 as a strengthening phase in Mg alloys2018

    • 著者名/発表者名
      K. Hayakawa, K. Hagihara
    • 学会等名
      International conference "LPSO2018"
    • 国際学会
  • [学会発表] Mg 基LPSO 合金に働く強化機構2018

    • 著者名/発表者名
      萩原幸司,山崎倫昭,河村能人,中野貴由
    • 学会等名
      日本機械学会 M&M2018 材料力学カンファレンス
  • [学会発表] HCP Tiの単結晶マイクロピラー圧縮変形2018

    • 著者名/発表者名
      金 振謙,長榮忠成,岸田恭輔,乾 晴行
    • 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] セメンタイト単結晶の室温圧縮変形2018

    • 著者名/発表者名
      門田信幸,岸田恭輔,新津甲大,Wei CHEN,乾 晴行
    • 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] Micropillar compression deformation of (Fe, Ni)2Nb ternary Laves phase compounds2018

    • 著者名/発表者名
      Yi Su,岸田恭輔,乾 晴行
    • 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] Micropillar compression deformation of ZrB2 and TiB2 single crystals2018

    • 著者名/発表者名
      Bhaskar Paul,岸田恭輔,乾 晴行
    • 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] Micropillar Compression of Single Crystals of the Stoichiometric Ti3Al and hcp-Ti2018

    • 著者名/発表者名
      Jingeum Kim, A. Matsumoto, K. Kishida, H. Inui
    • 学会等名
      MRS 2018 Fall Meeting & Exhibit
    • 国際学会
  • [学会発表] Micropillar Compression Deformation of Single-Crystals of Cementite Fe3C2018

    • 著者名/発表者名
      N. Kadota, K. Kishida, H. Inui, W. Chen
    • 学会等名
      MRS 2018 Fall Meeting & Exhibit
    • 国際学会
  • [学会発表] Kink deformation of Ti3SiC2 investigated by micropillar compression (poster)2018

    • 著者名/発表者名
      K. Kishida, M. Higashi, S. Momono, N.L. Okamoto, H. Inui
    • 学会等名
      The 4th International Symposium on Long-Period Stacking Ordered Structure and Mille-feuille Structure (LPSO 2018)
    • 国際学会
  • [学会発表] Analysis of kinking and twinning behavior in Mg alloys by AE clustering method2018

    • 著者名/発表者名
      Manabu Enoki, Tengo Tamura, Takayuki Shiraiwa
    • 学会等名
      33rd European Conference on Acoustic Emission Testing
    • 国際学会
  • [学会発表] その場観察に基づく双晶変形・キンク変形の形態観察およびAE解析の高精度化2018

    • 著者名/発表者名
      田村権吾,白岩隆行,榎学
    • 学会等名
      日本金属学会2018年秋期大会
  • [学会発表] Acoustic emission analysis and crystal plasticity simulation of nanoindentation process in pure magnesium2018

    • 著者名/発表者名
      Chao Yang, Pornthep Chivavibul, Fabien Briffod, Takayuki Shiraiwa, Manabu Enoki
    • 学会等名
      日本金属学会2018年秋期大会
  • [学会発表] Crystal Plasticity Modeling of Twinning in Mg Alloys: A Comparative Study2018

    • 著者名/発表者名
      Fabien Briffod, Takayuki Shiraiwa, Manabu Enoki
    • 学会等名
      日本金属学会2018年秋期大会
  • [学会発表] Dynamic Deformation Process in Mille-feuille Structure2018

    • 著者名/発表者名
      Takayuki Shiraiwa, Kengo Tamura, Chao Yang, Fabien Briffod, Manabu Enoki
    • 学会等名
      The 4th International Symposium on Long-Period Stacking Ordered Structure and Mille-feuille Structure (LPSO2018)
    • 国際学会
  • [学会発表] Fatigue Behavior of Mille-feuille Structure Materials: an Experimental- Numerical Study on Mg Alloy Dynamic Deformation Process in Mille-feuille Structure2018

    • 著者名/発表者名
      Fabien Briffod, Takayuki Shiraiwa, Manabu Enoki
    • 学会等名
      The 4th International Symposium on Long-Period Stacking Ordered Structure and Mille-feuille Structure (LPSO2018)
    • 国際学会
  • [学会発表] Acoustic emission monitoring of nanoindentation process on Mille-feuille structure materials2018

    • 著者名/発表者名
      Chao Yang, Pornthep Chivavibul, Fabien Briffod, Takayuki Shiraiwa, Manabu Enoki
    • 学会等名
      The 4th International Symposium on Long-Period Stacking Ordered Structure and Mille-feuille Structure (LPSO2018)
    • 国際学会
  • [学会発表] AZ31 マグネシウム合金における疲労き裂発生の数値解析2018

    • 著者名/発表者名
      Fabien Briffod, Takayuki Shiraiwa, Manabu Enoki
    • 学会等名
      日本機械学会 M&M2018材料力学カンファレンス
  • [備考] ミルフィーユ構造の材料科学

    • URL

      http://www.mfs-materials.jp/

  • [備考] 大阪大学 萩原研究室HP

    • URL

      http://www.hfs.ams.eng.osaka-u.ac.jp/

URL: 

公開日: 2019-12-27  

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