| 研究課題/領域番号 |
19J01767
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| 研究機関 | 横浜国立大学 |
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研究代表者 |
増田 高大 横浜国立大学, 大学院工学研究院, 特別研究員(PD)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-25 – 2022-03-31
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| キーワード | 巨大ひずみ加工 / 固溶強化 / 析出強化 / 高圧力 |
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| 研究実績の概要 |
本研究では、材料強化手段として圧力制御を新たに取り入れ、高圧下で溶体化処理・時効処理を施すことで、固溶強化量と析出強化量を増大させた新たな超微細粒アルミニウム合金の開発を目指している。
これまでに、代表的な時効硬化型アルミニウム合金系であるAl-11.5%Cu合金に6GPa・650℃の高温高圧環境下で溶体化処理を施すことで、常圧下における固溶限のおよそ倍である11.5%のCuをすべて固溶させることに成功した。その結果、時効に伴う硬度の上昇量も増加し、ピーク時効で最大206 HVとなった。時効中のその場X線解析によると、固溶量を増大した状態においてもGP(1)ゾーンおよびGP(2)ゾーンが形成されることが分かり、GP(2)ゾーンの形成が高強度化に大きく寄与することが確認された。本研究により、高圧下での溶体化処理温度は計算科学を用いた状態図の推定のみでなく、高輝度X線を用いたその場観察により実験的に決定可能となった。高輝度X線を用いたその場解析では、２元系アルミニウム合金のみでなく、Cuの添加量を増大した３元系のAl-8%Cu-1.5%Mg合金においても高圧環境下における溶体化処理過程をその場観察でき、6GPaの高圧環境下で全てのCuとMgを固溶できることが確認された。
また超微細粒Al-4%Cu合金に高圧を付与した状態で時効を施すことで、析出物の形成速度が遅延され、原子拡散が促進される超微細粒材にて時効温度・付与圧力を制御することで析出速度も制御できることが明らかとなった。
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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
現在までに、代表的な時効硬化型アルミニウム合金であるAl-Cu系合金にて、高圧下での固溶量増大を活用することで通常材の倍への高強度化に成功している。加えて、高輝度X線を用いた解析により、時効中のGPゾーン形成のその場観察手法を確立した。さらに、高温高圧環境下における構造変化をその場解析できる手法も確立し、高圧下での溶体化処理過程の明確化に成功した。これにより高圧下での状態図が未知の合金系においても最適な温度圧力条件を構築可能となった。実際に３元系のAl-8%Cu-1.5%Mg合金にて、6GPa・640℃の条件で全てのCuとMgを固溶できることが分かった。また高圧下における析出の遅延は種々の温度・圧力条件でも確認しており、巨大ひずみ加工に伴う格子欠陥の導入を併用することで析出速度を任意に制御できることを確認している。
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| 今後の研究の推進方策 |
これまでにAl-Cu系およびAl-Cu-Mg系合金にて高圧下での組織制御の有用性を確認できた。今後は、高圧ねじり（HPT）加工を用いた組織制御により結晶粒微細化を図る。なおHPT加工は、直径2mmの微小試料および直径8mmの大型試料にて実施し、微小試料ではリング状真鍮の中心部に試料を設置したまま加工を施すことで、試料全体に均一ひずみを導入する。TEM観察により結晶粒径を測定するとともに、析出物の分散状態を調査する。また機械的特性は微小引張試験により強度・延性を評価する。
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