超軽量高強度LPSO相強化Mg-Zn-Y合金の疲労特性と破壊機構の解明

2018 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 16K06775
• 研究機関: 九州大学
• 研究代表者: 陳 強 九州大学, 工学研究院, 教授 (30264451)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2019-03-31
• キーワード: Ultrasonic Fatigue / Very High Cycle Fatigue / Magnesium Alloy / LPSO Phase / Crack Initiation / Crack Propagation / Fracture / Microstructure

研究実績の概要

Mg-Zn-Y合金はアルファMg 母相とそのセル界面にラメラ状に晶出した長周期積層構造LPSO（Long-Period Stacking Ordered） 相からなる二相Mg合金であり、高強度と高延性を併せ持ち、耐熱性や耐食性、不燃性にも優れているため、自動車や航空機産業への実用化が期待されている。本研究では、超音波疲労試験技術を利用して、この新奇なLPSO相を強化相とするMg合金の超高サイクル疲労における強度発見機構の解明を目的としている。
具体的には、（1）ギガサイクルにおける疲労強度特に10^9サイクルまでの疲労強度、表面連続観察による微小き裂発生および伝ぱ挙動、走査型電子顕微鏡による疲労破壊解析と、（2）STEM観察およびEBSD結晶方位解析を行い、微小き裂発生および初期伝ぱに及ぼす微視的組織特に双晶やキンク変形の影響を調査した。その結果、以下に示す結論を得た。
１．疲労寿命の大半はき裂発生及び初期き裂伝ぱで占められる。
２．き裂発生は底面すべりに起因しており、レアアース元素の偏析が影響していることが確認された。
３．溶質原子の偏析が変形誘起界面に沿って生じた。
４．ツインバウンダリーは圧縮中にLPSO構造と溶質原子によって偏向された。

研究成果

• [国際共同研究] Shanghai Jiao Tong University/Sichuan Univesity/Chinese Academy of Sciences(中国)
  • 国名: 中国
  • 外国機関名: Shanghai Jiao Tong University/Sichuan Univesity/Chinese Academy of Sciences
  • 他の機関数: 1
• [雑誌論文] Small crack initiation and early propagation in an as-extruded Mg-10Gd-3Y-0.5Zr alloy in high cycle fatigue regime (2019)
  • 著者名/発表者名: He Chao、Shao Xiaohong、Yuan Shucheng、Peng Liming、Wu Yujuan、Wang Qingyuan、Chen Qiang
  • 雑誌名: Materials Science and Engineering: A 巻: 744 ページ: 716～723
  • DOI: https://doi.org/10.1016/j.msea.2018.10.015
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Segregation of solute atoms along deformation-induced boundaries in an Mg-Zn-Y alloy containing long period stacking ordered phase (2019)
  • 著者名/発表者名: Shao X.H.、Jin Q.Q.、Zhou Y.T.、Yang H.J.、Zheng S.J.、Zhang B.、Chen Q.、Ma X.L.
  • 雑誌名: Materialia 巻: 6 ページ: 100287～100287
  • DOI: https://doi.org/10.1016/j.mtla.2019.100287
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Unravelling the local ring-like atomic pattern of twin boundary in an Mg-Zn-Y alloy (2018)
  • 著者名/発表者名: Shao X. H.、Peng Z. Z.、Jin Q. Q.、Zhou Y. T.、Zhang B.、Zheng S. J.、Chen Q.、Ma X. L.
  • 雑誌名: Philosophical Magazine 巻: 99 ページ: 306～317
  • DOI: https://doi.org/10.1080/14786435.2018.1539262
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] Deformation-induced redistribution of solute atoms in an Mg-Zn-Y alloy (2018)
  • 著者名/発表者名: Xiaohong Shao, Qiang Chen, Zhen-Zhen Peng, Kazuhiro Kitamura, Xiu-Liang Ma
  • 学会等名: THERMEC’ 2018
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Small crack behavior of extruded Mg-Gd-Y-Zr alloy under high cycle fatigue (2018)
  • 著者名/発表者名: Chao HE, Xiaohong SHAO, Yoshihiro FUKUSHIMA, Kaneaki TSUZAKI, Qingyuan WANG, Ning SU, Xiangwen HENG, Qian ZHAO, Liming PENGc, Yujuan WU, Qiang CHEN
  • 学会等名: 日本機械学会 九州支部 第71期 総会・講演会