| 研究課題/領域番号 |
15K21294
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| 研究機関 | 大阪府立大学 |
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研究代表者 |
上杉 徳照 大阪府立大学, 工学(系)研究科(研究院), 講師 (10405342)
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| 研究期間 (年度) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| キーワード | 第一原理計算 / Al合金 / 高強度 / 高延性 / 粒界強化 |
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| 研究実績の概要 |
本研究では第一原理計算の合金設計に基づいてアルミニウム合金の高強度・高延性化を目指す。これまでに第一原理計算により、Alに対して粒界に偏析し、かつ粒界強化を大きく見込める元素としてZrが予測され、この予測を基に高濃度Mgにより固溶強化し、Zrの粒界強化により高延性化を狙ってAl-8Mg-0.2Zr合金が開発されている。平成28年度には、優れた強度と延性の両立を果たすことができる Al-8Mg-0.2Zr 合金の不純物元素の影響について調査するため、アルミニウムの不純物元素として代表的なFeとSiの影響について調査した。高純度のAl-8Mg合金にSiを添加すると、延性が低下したが、Feを添加すると延性が向上することが明らかになった。第一原理計算によって粒界凝集エネルギーを算出したところ、Feは粒界強化に働くが、Siは粒界脆化に働くことが理論的に明らかになり、FeとSiの影響は粒界脆化・強化によるものと考えられる。これまでの報告と同じく高純度のAl-8Mg合金にZrを添加することで延性が向上することが確認できたが、Al-8Mg-0.2Zr合金にFeを添加したところさらに延性が向上することはなかった。また、Siを添加することでAl-8Mg-0.2Zr合金の延性は低下することが明らかになった。そのため、Al-8Mg-0.2Zr 合金の強度と延性の両立を果たすためには、不純物元素としてFeは有効もしくは無害元素であるが、Siは有害元素であることが明らかになった。また、Al-8Mg-0.2Zr合金 にβ相を析出させた時効硬化後の強度・延性バランスについても調査したが、析出強化により強度は増加したが、析出強化量に比べると延性の低下が大きく、高延性を保った高強度化を達成できなかった。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
Al-8Mg-0.2Zr合金の強度と延性のバランスに対して、不純物元素であるFe、Siの影響を調査できており、おおむね計画通りに進捗している。また、高純度のAl-8Mg合金にFeを単独で添加することにより延性が向上することを見出しており、当初の想定とは異なる新たな知見が得られた。
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| 今後の研究の推進方策 |
本研究では第一原理計算の予測を基にZrの粒界強化により高延性化を狙ってアルミニウム合金の高強度・高延性化を目指してきた。最終年度にはAl-Mg合金だけでなく時効析出型のAl-Cu-Mg合金とAl-Zn-Mg-Cu合金においてZr添加による粒界破壊の抑制効果を調査し、高強度・高延性化を目指す。
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