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本研究の目的は、複合組織の利用により超微細組織が得られやすいことを実証し、その変形機構を引張変形中のその場中性子回折によって検討することである。
まず、微細複合組織の熱的安定性をフェライト・マルテンサイト(高温ではオーステナイト)鋼を用いて加熱保持中における結晶粒成長則を実験した。単相材料に比べて桁違いに粒成長が遅いことを明らかにし、さらに成長を抑制する手法として第三元素添加の効果を調べた。その中で、NbやTi添加による微細析出物のZenerピン止め効果は複合組織に対しても有効である。次に複合組織を有する材料を強塑性加工(圧延、スエージング、あるいは線引き加工)することによる組織変化を追い、塑性加工のみによって組織が微細化することを示した。その典型例が高炭素鋼線(ピアノ線)である。上記で得られた組織変化に関する知見を参考にして、球状および片状黒鉛鋳鉄を用いて、考案した加工熱処理を施すことによって類似の超微細組織にできる可能性を示した。高合金化せずに、強度の塑性加工技術を取り込んだ加工熱処理によってナノサイズ組織の線材や板材を作製することが本研究のポイントである。
次に、微細組織材の変形機構に関して明確な理解がされていない現状を考えて、高炭素鋼を用いて、引張変形中のその場中性子回折実験を行った。回折プロファイルの解析結果より、強塑性加工線の変形では、母相フェライトの格子面間隔、すなわち弾性ひずみが外力に相当する量だけ変化することを見いだした。セメンタイトが母相より大きな応力を分担する強化機構の塑性加工前の層状パーライトや球状化処理材とは変形機構が異なっていることを初めて実証した。
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