物質の組織形成とその安定性に対する組織分岐理論の応用

1993 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 04452270
• 研究機関: 名古屋工業大学
• 研究代表者: 宮崎 亨 名古屋工業大学, 工学部, 教授 (70024213)
• 研究分担者: 守屋 健 名古屋工業大学, 工学部, 助教授 (40029525) ; 小山 敏幸 名古屋工業大学, 工学部, 助手 (80225599) ; 小坂井 孝生 名古屋工業大学, 共同研究センター, 助教授 (80110253) ; 土井 稔 名古屋工業大学, 工学部, 助教授 (60135308)
• キーワード: 粒子間弾性相互作用 / 分岐理論 / オストワルド成長 / 弾性拘束 / 界面エネルギー / 粒子サイズ分布 / 組織安定性 / 組織形成

研究概要

我々は最近、析出粒子間の弾性相互作用を考慮した組織分岐理論(Bifurcation Theory)に基づく粗大化挙動の予測から、時効組織の粗大化の遅滞,停止あるいは逆に微細化という従来の常識を打ち破る現象を見い出した。本研究は材料学上重要なこの現象をNi基,Fe基等多くの合金で調査し、組織分岐現象の出現条件を実験と理論の両面から明らかにし、この現象に学問的体系を与え、応用として過時効軟化しない高性能耐熱合金の開発を目的とするものである。
本研究で得られた結果は以下のようである。析出粒子の分裂現象をNi基合金とFe基合金の場合で比較した結果、Fe基合金の方が分裂後の析出粒子の形状変化顕著であることが明らかになった。これはNiとFeとで弾性異方性の程度が異なることに起因するものであると考えられる。また弾性拘束の強いFe-Si-V合金では粒子粗大化過程において、粗大化速度が減少することが実験的に示され、特に析出粒子の体積分率が増加するほどこの効果が顕著になることが明らかになった。この結果は、組織分岐理論に基づき予測される析出粒子の粗大化挙動とよく一致する。また同合金における析出粒子の空間配置データを画像解析によって定量化した結果、弾性拘束の大きいほど粒子は周期的に配列し易いことが導かれた。また、実際の相分解の時間変化に対して、エネルギー論と速度論に基づく解析結果が、どの程度異なるかを理論的に比較した結果、拡散相変態ではこの両者がほぼ一致した。これよりエネルギー解析に基づく組織分岐理論が組織変化の時間過程の予測にまで適用可能であることが示唆された。この結果に基づき、これまでの2体粒子に関する組織分岐理論を多体粒子組織に拡張して組織分岐過程の理論計算を行なった結果、析出粒子の成長遅滞の時間変化を最急降下エネルギーパスに基づくエネルギー計算から導くことが出来た。

研究成果

• [文献書誌] Toru.Miyazaki: "Experimental and Theoretical Studies on Phase Separations in Fe-Al-Co Ordering Alloy System" J.Mater.Sci.29. 652-659 (1994)
• [文献書誌] Toru.Miyazaki: "Energetic Analysis on the Kinetic Path of the Diffusion Controlled Phase Transformations" Mater.Sci.and Eng.169. 159-165 (1993)
• [文献書誌] Toru.Miyazaki: "Energetic Analysis on the Kinetic Path of the Diffusion Controlled Phase Transformations" Phil.Mag.A. 68. 891-899 (1993)
• [文献書誌] Minoru.Doi: "On the spinodal decomposition in zirconia-yttria(ZrO_2-Y_2O_3)alloys" Phil.Mag.B. 68. 305-315 (1993)
• [文献書誌] Minoru.Doi: "Structural changes during annealing of multilayer films of Cu-Co and Ag-Cu systems" J.of Magnetism and Magnetic Materials. 126. 146-148 (1993)
• [文献書誌] 竹内 章: "2次元非線形拡散方程式に基ずくAl-ZnおよびFe-Mo固溶体の相分解シミュレーション" 日本金属学会誌. 57. 492-500 (1993)
• [文献書誌] Toru Miyazaki: "Experimental and theoretical investigations on the phase diagram in Fe-Al-Ge ternary system" Proceedings of CAMSE'92. 767-770 (1993)
• [文献書誌] Toru Miyazaki: "Computer Simulations of the Phase Decomposition on Cu-Co Binary Alloys based on the Non-Linear Diffusion Equation" J.Materials Science. 27. 2444-2448 (1992)
• [文献書誌] 土井 稔: "相分離と人工格子の安定性" 日本金属学会報. 31. 817-819 (1992)
• [文献書誌] 竹内 章: "非線形拡散方程式に基ずくAl-Zn固溶体の相分解シミュレーション" 日本金属学会誌. 56. 1242-1247 (1992)
• [文献書誌] Toru Miyazaki: "Phase Separation of Fe-base Ternary Ordering Alloys" The Second Workshop on “Phase Separation with Ordering. (1992)
• [文献書誌] Minoru Doi: "Thermal Stability of Cu/Co and Cu-Co/Co-Cu Multilayered Films The processing,Properties and Applications of Metallic and Ceramic Materials." Proceeding of IRC'92. 479-484 (1992)