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本研究では、固体と液体が共存した組織(固液共存体)の変形(圧縮、引張、せん断)によって生じる鋳造欠陥の制御技術の構築に向けて、放射光X線イメージングを利用して、固液共存体の変形過程の時間分解その場観察を行い、ダイラタンシー(体積膨張)が発現する特異な固液共存体の変形挙動の解明を行う。
本年度は、Al-Cu合金を対象として、固液共存体の圧縮変形挙動をミクロンスケールでその場観察可能な実験装置の開発を行い、圧縮変形機構について調査を行った。三次元固相率が約55％、約90ミクロンの球形に近い固相粒子が分散した固液共存体では、圧縮を受ける試料端の左右の角から斜めに中心に向かって低固相率の領域が形成された。つまり、固液共存体の圧縮変形では、せん断応力が大きくなる領域において、せん断応力に対する不安定性により局所的に固相粒子の再配列が起こり、せん断ひずみの局在化によって、周囲より固相率が低いせん断帯が形成されることが明らかとなった。固相粒子の並進、回転運動によってせん断ひずみ速度の局在化やせん断帯の形成は、中程度の固相率(三次元固相率：約40-60％)、試料全体のひずみ速度が比較的小さい(10-3 s-1)条件下での固液共存体のせん断変形機構と基本的に同一であった。
マクロな変形に関しては、一般的に固体の圧縮変形の場合、試料と接触している上下のパンチと試料との摩擦の影響により試料は樽型になる。固形共存体の場合、固相間相互作用による力の伝播によって変形が起こるため、固相の再配列によるみかけの体積膨張による樽状の膨らみは完全固相の連続体よりも大きく、試料の左右側面の周辺部には鉛直・水平方向のいずれも固相粒子間の間隙が拡大することが明らかとなった。
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