希土類を必要としない超々高強度700MPaマグネシウム合金への挑戦

2018 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 17H03413
• 研究機関: 豊橋技術科学大学
• 研究代表者: 三浦 博己 豊橋技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (30219589)
• 研究分担者: 小林 正和 豊橋技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (20378243)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2020-03-31
• キーワード: マグネシウム合金 / 高強度 / 多軸鍛造 / 非希土類元素 / 組織制御

研究実績の概要

高強度マグネシウム合金の研究として，国内・国際会議にて口頭発表を計19件行った．そのうち，論文2編，国際会議論文3編，国際会議での基調講演1件，招待講演3件，海外大学での講義1件であった．以下に，研究実績の一例を示す．
・H. Miura, K. Minami, T. Aoba, M. Kobayashi and J. J. Jonas, Microstructure and mechanical properties of AZ80Mg plates fabricated by combined multi-directional forging and warm extrusion, The 4th International Workshop on Fundamental Research for Science and Technology 2018 (GEMS2018), 28-29 August, 2018, Centre Point Hotel Silom, Bangkok, Thailand.(基調講演)
・H. Miura , K. Minami, T. Aoba, M. Kobayashi, Microstructure and mechanical properties of plates warm extruded AZ80Mg alloy fabricated by MDF in advance, The 17th International Conference on Metal Forming, (Metal Forming 2018), September 16-19 2018, Toyohashi, Japan, Procedia Manufacturing 15 (2018) 1533-1540.

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

これまで最も強度が出やすかったAZ80Mg合金を中心に，i) 冷間MDFまたはii) 降温MDFと冷間MDFの組み合わせプロセスにより，Mg合金の超高強度化を図った．冷間MDFでは，針状の超微細変形双晶によって結晶粒が徐々に微細化し，最終的に針状均一超微細粒組織が達成された．その結果，AZ80Mg合金の冷間MDFによる強度限界は，単純な冷間MDFで達成された650MPaで，様々な組み合わせプロセス(例えば，時効処理追加，パス間ひずみ量，等の条件追加)を施してもそれ以上は達成できなかった．しかし，どの条件に於いてもおおむね600MPa前後がコンスタントに達成された．引張強度600MPa～650MPaはこれまで報告されてきたMg合金の強度では，現時点でも世界最高で有る(論文投稿準備中)．
さらに，降温MDFと冷間MDFの組み合わせプロセスをAZ80Mg合金に適用したところ，達成された最大強度は600MPa程度であった．ただし，初期プロセスでの降温MDFの採用によって，歩留まりが大きく改善され，降温MDFと冷間MDFの組み合わせプロセスの工業的有用性が確認された．さらなるプロセスの簡略化のため，一定の温間温度でMDFを行った後，次により低い温度で一定温度温間MDFを追加行う簡略化降温プロセス法も新たに開発した．その場合，従来の降温MDF材と同等の強度が得られることを確認した(論文を投稿中)．
また，降温MDFによって作製した高強度AZ80Mg合金を用いた高強度Mg合金パイプの作製も試み，超微細粒化されたMg合金の超塑性を利用して温間押し出しが可能となった．その結果，結晶粒の粗大化と回復軟化が抑制でき，従来パイプの2倍以上の降伏応力(約400MPa)を達成できた(上記論文2)．

今後の研究の推進方策

これまでの研究成果を基に追加実験・検証を行うとともに，3年間の科研費研究の最終的なまとめを行う．前者の具体的な中身は，上述AZ80Mg合金の冷間MDFの組み合わせプロセスで達成された600MPa程度の強度は，降伏後の加工硬化段階の拡大，すなわち均一伸びの増大によってさらに増大可能と考え，破壊の起点となりやすい微細β相の分散を減少させたAZ70Mg合金で実験を行う．β相の減少は変形双晶の高密度発達にもつながり，結晶粒微細化と高強度化に寄与すると期待される．
そして，過去2年間の研究成果と最終年度の研究結果を総合的に検討・考察し，MDFを用いたMg合金の高強度化のさらなる可能性を探ると共にその限界も明らかにする．最終的に，希土類を必要としない超微細粒・超高強度Mg合金の設計指針を提示するとともに，MDFを用いての超高強度Mg合金製造の工業的な実用化の可能性についても検討する．

研究成果

• [雑誌論文] Microstructure and mechanical properties of plates warm extruded AZ80Mg alloy fabricated by MDF in advance (2018)
  • 著者名/発表者名: H. Miura , K. Minami, T. Aoba, M. Kobayashi
  • 雑誌名: Procedia Manufacturing 巻: 15 ページ: 1533-1540
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Development of internal inhomogeneous plastic strain during cold rolling of Al-Mg alloys (2018)
  • 著者名/発表者名: M. Kobayashi, T. Aoba, H. Miura
  • 雑誌名: Procedia Manufacturing 巻: 15 ページ: 161-167
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Fabrication of Ultrafine-grained and High-strength Mg Alloy Tube by MDF and Warm Extrusion (2019)
  • 著者名/発表者名: H. Miura, K. Minami, T. Aoba, and M. Kobayashi
  • 学会等名: BIT's 5th Annual World Congress of Smart Materials-2019
  • 招待講演
• [学会発表] Mechanical Properties of Mg Alloys with Hetero-Nano or Homogeneous Ultrafine-Microstructures Developed by Multi-Directional Forging (2019)
  • 著者名/発表者名: H. Miura
  • 学会等名: Lectures, Politecnico di Milano
• [学会発表] Mechanical Properties of Mg Alloys with Hetero-Nano or Homogeneous Ultrafine-Microstructures Developed by Multi-Directional Forging (2018)
  • 著者名/発表者名: H. Miura and M. Kobayashi
  • 学会等名: International Symposium on Innovative Engineering 2018(ISIE 2018)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Microstractural Evolution and Change in Mechanical Properties of Multi-Directionally Forged Al Alloy (2018)
  • 著者名/発表者名: T. Aoba, M. Kobayashi
  • 学会等名: The 16th edition of conference series rotating worldwide provides the leading international forum (ICAA16)
  • 国際学会
• [学会発表] Microstructure and mechanical properties of AZ80Mg plates fabricated by combined multi-directional forging and warm extrusion (2018)
  • 著者名/発表者名: H. Miura, K. Minami, T. Aoba, M. Kobayashi and J. J. Jonas
  • 学会等名: The 4th International Workshop on Fundamental Research for Science and Technology 2018 (GEMS2018)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Tensile Properties and Microstructure Evolution by MDFed AZ31 Magnesium Alloy (2018)
  • 著者名/発表者名: 4.M.Ohara, A.Takahashi, N.Yamamoto, M.Fukuda, H.Miura and M.Kobayashi
  • 学会等名: The 4th International Workshop on Fundamental Research for Science and Technology 2018 (GEMS2018)
  • 国際学会
• [学会発表] Warm extrusion of ultrafine-grained Mg alloys fabricated by MDF (2018)
  • 著者名/発表者名: H. Miura
  • 学会等名: Materials Science and Engineering (MSE 2018)
  • 国際学会
• [学会発表] Multi-directional forging and warm extrusion of AZ80 Mg alloy (2018)
  • 著者名/発表者名: H. Miura , K. Minami, T. Aoba, M. Kobayashi
  • 学会等名: The 5th International Conference on New Forming Technology (ICNFT 2018)
  • 国際学会
• [学会発表] Recycling of high purity magnesium sheet from Mg-Al-Ca system alloy by vacuum distillation and extrusion (2018)
  • 著者名/発表者名: M. Inoue, T. Mouri,, N. Aoyagi, T. Aida and H. Miura
  • 学会等名: 7th International GIGAKU Conference in Nagaoka (IGCN 2018)
  • 国際学会
• [学会発表] 放射光X線CTによるAl-Mg合金の冷間圧延に おける内部局所塑性ひずみ分布評価 (2018)
  • 著者名/発表者名: 小林正和，青葉知弥，三浦博己
  • 学会等名: 日本鉄鋼協会2018年第175回春季講演大会シンポジウム
• [学会発表] 多軸鍛造加工を施したAl-Mg-Sc系合金の変形挙動のひずみ速度・温度依存性 (2018)
  • 著者名/発表者名: 澤秀太郎， 渡辺千尋， 門前亮一， 青葉知弥, 三浦博己
  • 学会等名: 軽金属学会第第134回春期大会
• [学会発表] 多軸鍛造Al-Mg合金の組織と機械的性質 (2018)
  • 著者名/発表者名: 青葉知弥，小林正和，三浦博己
  • 学会等名: 軽金属学会第第134回春期大会
• [学会発表] Al-5%Mg-2%Si鋳造合金のミクロ組織と力学特性 (2018)
  • 著者名/発表者名: 谷口皓平，古田将吾，小林正和，青葉知弥，三浦博己
  • 学会等名: 日本鋳造工学会第171回全国講演大会
• [学会発表] 微細Al31Fマグネシウム合金の静的再結晶における微視組織および機械的性質の変化 (2018)
  • 著者名/発表者名: 池田光志，樫原恵蔵，青葉知弥，小林正和，三浦博己
  • 学会等名: 軽金属学会第第135回秋期大会
• [学会発表] SrおよびP添加により共晶Si粒子を変化させたAl-7%Si鋳造合金の力学特性調査 (2018)
  • 著者名/発表者名: 小林正和，谷口皓平，古田将吾，青葉知弥，三浦博己
  • 学会等名: 軽金属学会第第135回秋期大会
• [学会発表] Mg-Al-Ca-Sr-Mn系合金の真空蒸留・押出加工法による高純度マグネシウム板材の作製 (2018)
  • 著者名/発表者名: 毛利拓哉，井上誠, 青柳成俊，三浦博己, 会田哲夫
  • 学会等名: 資源・素材学会 関西支部 第15回「若手研究者・学生のための研究発表会」
• [学会発表] DRF加工されたマグネシウム合金の疲労特性評価 (2018)
  • 著者名/発表者名: 荻堂盛彬，政木清孝，三浦博己，小林正和
  • 学会等名: 日本機械学会 M&M2018材料力学カンファレンス
• [備考] 高強度マテリアル開発・評価研究室 研究テーマ
  • URL: http://www.str.me.tut.ac.jp/about.html
• [産業財産権] 高強度棒状マグネシウム合金の製造方法 (2019)
  • 発明者名: 三浦博己, 川本忠博、冨樫博巳
  • 権利者名: 三浦博己, 川本忠博、冨樫博巳
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 特願2019-023155