| 研究課題/領域番号 |
18K04755
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| 研究機関 | 富山県立大学 |
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研究代表者 |
鈴木 真由美 富山県立大学, 工学部, 教授 (20292245)
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| 研究期間 (年度) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| キーワード | クリープ変形 / マグネシウム / 転位下部組織 / 階段状c転位 / 転位密度 / 林転位 |
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| 研究実績の概要 |
本研究課題は希薄マグネシウム－イットリウム(Mg-Y)基固溶体合金においてクリープ変形時に導入される特異な階段形状を持つ不動化されたc転位に注目し，これら階段状c転位の導入プロセスの検討と，階段状c転位を用いた強化法の有効性について検討することを目的としている．平成30年度は室温下で導入された階段状のc転位がMg-Y基固溶体合金の200℃近傍のクリープ挙動に対する与える影響について検討した．
2種類のMg-Y-Zn希薄固溶体合金を対象とし，そのクリープ挙動のY濃度依存性の検討を行ったところ，Y濃度を増加させるとクリープ変形の主たる担い手である底面上のa転位の割合が増加するため，低Y濃度の固溶体に比べてa転位のすべり運動の抑制効果が期待できることがわかった．室温で導入された階段状のc転位が高温クリープに与える影響を検討したところ，荷重負荷直後の特性については改善が認められたものの，クリープ速度に大幅な改善は認められなかった．その要因として，室温での塑性変形時には階段状のc転位と同時に，底面上のa転位も高密度に導入されることが考えられる．また，転位と同時に双晶も粒内に導入されるため，双晶導入に伴う付加的な効果も考慮する必要があることがわかった．更に，予変形後の試料に静的熱処理を加えると底面上のa転位は高密度のまま残留する一方，階段状のc転位の割合が低下する傾向が認められた．以上より，熱的に安定な階段状のc転位を導入し，その純粋な効果を検討するためには，室温での予変形は適切ではなく，ひずみ負荷時の温度やひずみ速度が重要であると考えられる．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
平成30年度ではより高濃度のイットリウムを添加したMg-Y-Zn固溶体合金をターゲットとした．これは高温下で変形の主すべり系である底面aすべりの割合を増加させ，より階段状c転位の効果を抽出しやすくすることを狙ったものである．検討の結果，予想通りY濃度を増加させたMg-0.87Y-0.02Zn合金ではより高温側で底面aすべりの割合が増加した．また，本合金は室温下で階段状のc転位が導入できることから強い林転位効果が期待されたが，室温で導入された階段状のc転位の熱的安定性は本年度ターゲットとしたクリープ温度である480Kでは低く，その効果はクリープのごく初期に限られることがわかった．
ところで，Y濃度がより低いMg-0.3Y-0.02Zn合金では，450Kのクリープにおいて変形初期から導入された階段状のc転位がクリープ変形に伴い増加するとの結果が得られている．従って単純な室温下での塑性ひずみ付加は安定な階段状c転位の導入方法として適切ではなく，温度ならびにひずみ速度を考慮した階段状c転位の導入プロセスを検討する必要があることが明らかとなった．そのため，今後は室温以上の温度を付加した条件で予ひずみを付与し，一旦導入された階段状c転位の熱的安定性を検討することとした．
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| 今後の研究の推進方策 |
平成30年度の検討の結果，室温塑性変形で導入された階段状c転位の熱的安定性は良好でなく，高温変形時には回復や移動によってその形状を維持できない可能性が見出された．すなわち，階段状c転位の易動度は導入される温度によって異なる可能性が平成30年度の検討結果によって示唆された．従って階段状c転位の熱的安定性を詳細に検討するため，令和元年度には階段状c転位の易動度や運動形式について室温塑性変形と熱処理の組み合わせや，室温塑性変形後の試料の転位組織を加熱ホルダを用いて観察することで明らかにする．このことから，本研究課題の目的の一つである，階段状c転位の発生ならびに導入起源を明らかにすることが可能であると考えられる．
また，これまでの実験結果より，Mg-0.3Y-0.02Zn合金を用いるとクリープ変形を利用した階段状c転位の制御は比較的容易であると考えられる．そのため，来年度は室温以上の温度下での予変形を用いた効果的なc転位の導入プロセスの探索を行う一方，Mg-0.3Y-0.02Zn合金を用いてクリープ条件下で階段状c転位の制御を行い，室温強度に与える影響を調査することで，階段状c転位を用いた強化法の有効性を検討する．
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| 次年度使用額が生じた理由 |
平成30年度の組織観察用試料として，希薄固溶体試料を用いて検討を行ったが，TEM試料調整時の研磨時に，当初予定していた研磨法の改善が必要となった．そのため，既存の研磨機に用いる専用の治具と50万以下の追加装置を導入した．一方で，設備備品費に形状していたガス置換炉については，本学設置済みのガス置換可能な電気炉を本研究課題のために占有可能となった．以上より，当初の計画に比べ研究用試料の熱処理に必要な費用は減額されたものの，試料研磨に要する費用が増大した．上記に変更にかかる費用の増減は相殺出来る予定であったが，本研究の遂行において，高温クリープ試験に予想以上の時間が必要となったため，平成30年度に予定していたTEMによる組織観察が8割程度の達成率となり，翌年度への組織観察に係る費用の繰越が生じた．
上記の経緯を経たため，令和元年度は階段状c転位の安定性について，平成30年度の分も含めたより系統的な組織観察を行う必要が生じた．そのため，平成30年度から令和元年度に繰り越した費用は富山県産業開発センターの装置利用など，外部機関での装置利用を含んだ微細組織観察実験に使用し，定量化に十分な組織観察を行う．
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