強ひずみ加工法による超微細粒金属材料の開発

1996 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 07555660
• 研究機関: 九州大学
• 研究代表者: 堀田 善治 九州大学, 工学部, 助教授 (20173643)
• 研究分担者: 古川 稔 福岡教育大学, 教育学部, 助教授 (90112276) ; 根本 實 九州大学, 工学部, 教授 (90005265)
• キーワード: 強ひずみ加工法 / 結晶粒径微細化 / 純アルミニウム / 純銅 / アルミニウム-マグネシウム合金 / アルミニウム-ジルコニウム合金 / 微細粒組織安定性 / 結晶粒界構造

研究概要

拘束条件下で強ひずみを課すことにより結晶粒径の超微細化を試みた。強ひずみ条件の違いによる組織の違いや微細粒組織の熱的安定性について調べた。得られた結果を以下に要約する。
(1)金型内に設けられた管の曲がり角度を変えることにより、1回押し出すごとの試料内に導入されるせん断ひずみ量を制御した。全ひずみ量は同じでも、一回の押し出しで大量にひずみを導入する方が少ないひずみで押し出し回数を多くするよりも、ミスオリエンテーションの大きい結晶粒が得られ易いことが明らかになった。
(2)純Alに1%Mgおよび3%Mgを添加したAl-Mg固溶体合金を作製し、結晶粒微細化に及ぼすMg添加の影響を調べた。Mg添加量が多くなるにつれて結晶粒径が小さくなり、純Alで1μmであったのが、1%Mgおよび3%Mg添加でそれぞれ0.5μm、0.2μmと小さくなった。結晶粒微細化にMg添加は有効であることが分かった。
(3)純Alに0.12%Zrを添加したところ、結晶粒径は純Alとほとんど変わらなかったが、約1μmの微細粒が300℃付近まで安定に存在し粗大粒化温度が純Alと比べて約100°も高温側に移動した。これは、高温度まで安定なAl_3Zrの微細粒子が生じ、結晶粒粗大化を防いだためで、微細粒子の安定化にAl_3Zrが重要であることが分かった。
(4)純Cuでも微細粒化を試みた結果、約0.3μmの結晶粒径を得ることができた。
(5)Al-3%Mg合金および純Cuの結晶粒界構造を高分解能電子顕微鏡で調べた結果、純Cuの方が融点が高い分だけ回復の影響が少なく、不規則な構造を有する結晶粒界が純Cuに多数観察された。
(6)拘束強ひずみ加工法は結晶粒径をサブミクロンレベルに微細化するのに有効な方法で、少量のMg添加や融点の高い金属にはより効果的であることが分かった。

研究成果

• [文献書誌] Z.Horita: "An Investigation of Grain Boundariesiv Submicrometer Grained Al-Mg Solid Soution Alloys using High-Rosolution Electron Microscopy" J.Mater.Res.11. 1880-1890 (1996)
• [文献書誌] Y.Ma: "Significauce of Microstructural Control for Superplastic Deformation and Forming" Mater.Trans.JIM. 37. 336-339 (1996)
• [文献書誌] J.Wang: "An Investigation of Microstructural Stability in an Al-Mg Alloy with Submicrometer Grain Size" Acta Mater.44. 2973-2982 (1996)
• [文献書誌] M.Furukawa: "Fabrication of Submicrometer-Grained Zn-22%Al by Torsion Straining" J.Mater.Res.11. 2128-2130 (1996)
• [文献書誌] M.Furukawa: "Microhardness Measurements and The Hall-Petch Relationship in an Al-Mg Alloy with Submicrometer Grain Size" Acta Mater.44. 4619-4629 (1996)
• [文献書誌] Z.Horita: "High-Resolution Electrom Microscopy Observations of Grain Boundary Structures in Submicrometer-Grained Al-Mg Alloys" Mater.Sci.Forum. 204-206. 437-442 (1996)
• [文献書誌] M.Furukawa: "Structural Evalution and Validity of Hall-Petch Relationship in an Al-3%Mg Alloy with Submicrometer Grain Size" Mater.Sci.Forum. 204-206. 431-436 (1996)
• [文献書誌] Y.Iwahashi: "Principle of Equal-Channel Angular Pressing for the Processing of Ultra-fine Grained Materials" Scripta Mater.35. 143-146 (1996)
• [文献書誌] P.Berbon: "An Investigation of the Properties of an Al-Mg-Li-Zr Alloy after Equal-channel Argular Pressing" Mater.Sci.Forum. 217-222. 1013-1018 (1996)
• [文献書誌] J.Wang: "Enhanced Grain Growth in an Al-Mg Alloy with Ultrafine Grain Size" Mater.Sci.Eng.A. 216. 41-46 (1996)
• [文献書誌] Z.Horita: "Effect of Annealing on Grain Boundary Structure in Submicrometer-Grained Al-3%Mg Alloy Observed by High-Resolution Electron Microscopy" Ann.Chim.Fr.21. 417-425 (1996)
• [文献書誌] M.Furukawa: "The Significance of the Hall-Petch Relationship in Ultra-fine Grained Materials" Ann.Chim.Fr.21. 493-502 (1996)