Mg合金板材の組織制御術の構築と高性能板材開発への展開

2020 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 19K15321
• 研究機関: 長岡技術科学大学
• 研究代表者: 中田 大貴 長岡技術科学大学, 産学融合トップランナー養成センター, 産学融合特任講師 (80800573)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2021-03-31
• キーワード: マグネシウム合金 / 圧延加工 / 室温プレス成形性 / 時効処理 / 電子線後方散乱回折 / 再結晶

研究実績の概要

マグネシウム合金板材の高強度・高延性化および高成形性化を目的として、Mg-Zn-Ca基合金およびMg-Al基合金の結晶粒径や集合組織などの組織因子と機械的性質・プレス成形性に及ぼす添加合金元素や加工熱処理条件の影響を調べた。
2019年度に提案したMg-6Zn-0.2Ca(mass%)合金に微量な希土類元素を添加したところ、加工熱処理後の結晶粒径は顕著に微細化し、引張特性や室温張出し成形性は向上することがわかった。また、イットリウム(Y)を添加した合金の場合、時効処理を施しても延性の劣化が小さく、既存アルミニウム合金や近年開発された室温成形型マグネシウム合金よりも優れた強度－延性バランスを示すことを見出した。
Mg-Zn-Ca基合金の一層の特性改善を目的として、Zn添加量を低減したMg-2Zn-0.5Ca-0.2Al-0.2Mn(mass%)合金も提案した。Zn添加量を低減することで、溶体化処理後には粗大な金属間化合物がほとんど存在せず、延性および室温成形性を大きく改善できることがわかり、エリクセン値にして9mm程度の高い室温張出し成形性と～170MPaの引張耐力を同時に付与できることも明らかにした。
Mg-5Al-Mn(mass%)合金を用いて、圧延材の集合組織形成メカニズム解明も進めた。本合金に高温で圧延加工を施すと動的再結晶が顕著に生じ、マグネシウム圧延材特有の強い底面集合組織を形成する。低温の圧延加工時には動的再結晶はほとんど生じないものの、せん断帯が多く形成する。熱処理中にはせん断帯内で顕著な粒成長が起こり、マグネシウムのc軸が圧延方向にのみ傾斜した異方性の大きい集合組織を形成することがわかった。一連の組織形成メカニズム解明から、圧延温度の最適化に成功し、中濃度Mg-5Al-Mn 合金でもエリクセン値にして8.2mmの優れた室温張出し成形性を発現することに成功した。

研究成果

• [国際共同研究] Harbin Institute of Technology(中国)
  • 国名: 中国
  • 外国機関名: Harbin Institute of Technology
• [雑誌論文] Optimization of Cu content for the development of high-performance T5-treated thixo-cast Al-7Si-0.5Mg-Cu (wt.%) alloy (2021)
  • 著者名/発表者名: Yamamoto K.、Takahashi M.、Kamikubo Y.、Sugiura Y.、Iwasawa S.、Nakata T.、Kamado S.
  • 雑誌名: Journal of Materials Science & Technology 巻: - ページ: -
  • DOI: 10.1016/j.jmst.2021.03.036
  • 査読あり
• [雑誌論文] Improving Room-Temperature Stretch Formability of Mg-4.9Al-0.16Mn (mass%) Alloy Sheet via Optimizing Rolling Temperature (2021)
  • 著者名/発表者名: Nakata Taiki、Xu Chao、Fujii Takumi、Yoshida Yu、Yoshida Katsuhito、Kamado Shigeharu
  • 雑誌名: JOM 巻: - ページ: -
  • DOI: 10.1007/s11837-021-04610-4
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Effect of forced-air cooling on the microstructure and age-hardening response of extruded Mg-Gd-Y-Zn-Zr alloy full with LPSO lamella (2021)
  • 著者名/発表者名: Wu S.Z.、Nakata T.、Tang G.Z.、Xu C.、Wang X.J.、Li X.W.、Qiao X.G.、Zheng M.Y.、Geng L.、Kamado S.、Fan G.H.
  • 雑誌名: Journal of Materials Science & Technology 巻: 73 ページ: 66～75
  • DOI: 10.1016/j.jmst.2020.09.020
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Room-temperature stretch formability, tensile properties, and microstructures of precipitation hardenable Mg-6Zn-0.2Ca (mass%) alloy sheets micro-alloyed with Ce or Y (2021)
  • 著者名/発表者名: Nakata T.、Li Z.H.、Sasaki T.T.、Hono K.、Kamado S.
  • 雑誌名: Materials Science and Engineering: A 巻: 804 ページ: 140563～140563
  • DOI: 10.1016/j.msea.2020.140563
  • 査読あり
• [雑誌論文] Improving room-temperature stretch formability of a high-alloyed Mg-Al-Ca-Mn alloy sheet by a high-temperature solution-treatment (2021)
  • 著者名/発表者名: Nakata T.、Xu C.、Yoshida Y.、Yoshida K.、Kamado S.
  • 雑誌名: Materials Science and Engineering: A 巻: 801 ページ: 140399～140399
  • DOI: 10.1016/j.msea.2020.140399
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Effect of extrusion ratio and temperature on microstructures and tensile properties of extruded Mg-Gd-Y-Mn-Sc alloy (2021)
  • 著者名/発表者名: Yang Zhao、Xu Chao、Nakata Taiki、Kamado Shigeharu
  • 雑誌名: Materials Science and Engineering: A 巻: 800 ページ: 140330～140330
  • DOI: 10.1016/j.msea.2020.140330
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Development of a Low-Cost and Room-Temperature Formable Mg Alloy Sheet with In-Plane Isotropic Tensile Properties (2021)
  • 著者名/発表者名: Nakata Taiki、Xu Chao、Ohashi Hideaki、Yoshida Yu、Yoshida Katsuhito、Kamado Shigeharu
  • 雑誌名: Magnesium Technology 2021 巻: - ページ: 13～18
  • DOI: 10.1007/978-3-030-65528-0_3
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] 自動車用マグネシウム合金展伸材の研究開発動向 (2021)
  • 著者名/発表者名: 中田 大貴、鎌土 重晴
  • 雑誌名: ぷらすとす 巻: 4 ページ: 29～33
  • DOI: 10.32277/plastos.4.37_29
  • 査読あり
• [雑誌論文] 軽量構造部材創製のための革新的汎用マグネシウム合金の開発 (2020)
  • 著者名/発表者名: 鎌土 重晴、中田 大貴
  • 雑誌名: 金属 巻: 90 ページ: 571～577
• [雑誌論文] Role of Zn on the room temperature formability and strength in Mg-Al-Ca-Mn sheet alloys (2020)
  • 著者名/発表者名: Li Z.H.、Sasaki T.T.、Bian M.Z.、Nakata T.、Yoshida Y.、Kawabe N.、Kamado S.、Hono K.
  • 雑誌名: Journal of Alloys and Compounds 巻: 847 ページ: 156347～156347
  • DOI: 10.1016/j.jallcom.2020.156347
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effect of Mg content on age-hardening response, tensile properties, and microstructures of a T5-treated thixo-cast hypoeutectic Al-Si alloy (2020)
  • 著者名/発表者名: Yamamoto K.、Takahashi M.、Kamikubo Y.、Sugiura Y.、Iwasawa S.、Nakata T.、Kamado S.
  • 雑誌名: Materials Science and Engineering: A 巻: 798 ページ: 140089～140089
  • DOI: 10.1016/j.msea.2020.140089
  • 査読あり
• [雑誌論文] Quasi-in-situ observing the rare earth texture evolution in an extruded Mg-Zn-Gd alloy with bimodal microstructure (2020)
  • 著者名/発表者名: Jiang M.G.、Xu C.、Yan H.、Nakata T.、Chen Z.W.、Lao C.S.、Chen R.S.、Kamado S.、Han E.H.
  • 雑誌名: Journal of Magnesium and Alloys 巻: - ページ: -
  • DOI: 10.1016/j.jma.2020.09.001
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] Development of a low-cost and room-temperature formable Mg alloy sheet with in-plane isotropic tensile properties (2021)
  • 著者名/発表者名: T. Nakata, C. Xu, H. Ohashi, Y. Yoshida, K. Yoshida, S. Kamado
  • 学会等名: TMS 202114 150th ANNUAL MEETING & EXHIBITION
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] チタン表面にマグネシウム粉末を焼結した接合体の組織と界面強度 (2021)
  • 著者名/発表者名: 永井秦稀, 小野塚悠, 井上誠, 青柳成俊, 中田大貴, 鎌土重晴
  • 学会等名: 日本材料学会第２回生体・医療材料部門委員会学生研究交流会
• [学会発表] Microstructure and Interfacial Characteristics of Biodegradable Mg-Ti Bonding Materials for Biomedical Applications (2020)
  • 著者名/発表者名: T. Nagai, B. Rennuit, H. Onozuka, R. Sanada, M. Inoue, M. Kimura, T. Nakata, N. Aoyagi, S. Kamado
  • 学会等名: 5th STI-GIGAKU 2020, Nagaoka University of Technology
  • 国際学会
• [学会発表] 生体医療用としての純チタン/マグネシウム焼結接合体の組織と界面強度 (2020)
  • 著者名/発表者名: 小野塚悠, 永井秦稀, 青柳成俊, 井上誠, 中田大貴, 鎌土重晴
  • 学会等名: 日本金属学会・日本鉄鋼協会 北越信越支部 令和二年度総会・連合講演会
• [学会発表] Mg-Zn-Ca-Al-Mn合金圧延板材の諸性質に及ぼす亜鉛およびカルシウム添加量の影響 (2020)
  • 著者名/発表者名: 菊池海斗, 中田大貴, 宮下幸雄, 鎌土重晴
  • 学会等名: 軽金属学会第139回秋期大会
• [学会発表] Mg-3Al-0.4Mn(mass%)合金圧延板材の微細組織、引張特性および室温成形性に及ぼす圧延プロセス条件の影響 (2020)
  • 著者名/発表者名: 大橋秀亮, 中田大貴，鎌土重晴, 吉田雄, 吉田克仁
  • 学会等名: 軽金属学会第138回春期大会
• [学会発表] T5処理したAl-7%Si合金半溶融成形材のミクロ組織と機械的性質に及ぼすMg量の影響 (2020)
  • 著者名/発表者名: 山本健介，高橋正詞，上久保佳則，杉浦泰夫，岩澤秀，中田大貴，鎌土重晴
  • 学会等名: 軽金属学会第138回春期大会
• [学会発表] Mg-4Al-1Ca合金押出中空形材の高速車両構体への適用技術開発 (2020)
  • 著者名/発表者名: 清水和紀，小川正芳，中田大貴，鎌土重晴，田口真，石川武，上田光二，千野靖正
  • 学会等名: 軽金属学会第138回春期大会
  • 招待講演
• [学会発表] 微細組織制御によるMg-4.0Al-1.0Ca-0.2Mn (mass%) 合金押出し材の降伏異方性低減 (2020)
  • 著者名/発表者名: 中田大貴，河越大典，鎌土重晴，松本泰誠，小川正芳，清水和紀
  • 学会等名: 軽金属学会第138回春期大会
• [学会発表] Mg-Al-Ca合金圧延材の特性と組織に及ぼすZn添加の影響 (2020)
  • 著者名/発表者名: LiZehao，佐々木泰祐，Bian Ming Zhe，中田大貴，吉田雄，河部望，鎌土重晴，宝野和博
  • 学会等名: 軽金属学会第138回春期大会
• [学会発表] Mg-Zn-Ca-Al-Mn合金板材の引張特性および室温成形性に及ぼすZn添加量の影響 (2020)
  • 著者名/発表者名: 杉谷謙太，菊池海斗，中田大貴，鎌土重晴
  • 学会等名: 軽金属学会第138回春期大会
• [学会発表] Mg-Al-Ca-Mn希薄合金押出し材の微細組織および機械的性質に及ぼすMnとAl添加比の影響 (2020)
  • 著者名/発表者名: 木村倫朗，中田大貴，鎌土 重晴
  • 学会等名: 軽金属学会第138回春期大会
• [学会発表] Mg-Gd-Y合金押出材の機械的性質および微細組織に及ぼすGd/Y添加量比の影響 (2020)
  • 著者名/発表者名: 森陽一朗，中田大貴，鎌土 重晴, Zehao Li, 佐々木泰祐, 宝野和博
  • 学会等名: 軽金属学会第138回春期大会
• [図書] マグネシウム合金の最先端技術と応用展開 (2020)
  • 著者名/発表者名: 河村能人、千野靖正
  • 総ページ数: 338
  • 出版者: シーエムシー出版
  • ISBN: 978-4-7813-1505-8
• [備考] 先端軽金属材料研究室
  • URL: https://mcweb.nagaokaut.ac.jp/~mgcenter/
• [産業財産権] マグネシウム合金押出材 (2020)
  • 発明者名: 吉田雄,水谷学,城野百合,諏澤和葉,吉田克仁,中田大貴,鎌土重晴
  • 権利者名: 吉田雄,水谷学,城野百合,諏澤和葉,吉田克仁,中田大貴,鎌土重晴
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2020-192034
• [産業財産権] マグネシウム合金板材、プレス成形体、及びマグネシウム合金板材の製造方法 (2020)
  • 発明者名: 吉田雄, 吉田克仁, 中田大貴, 大橋秀亮, 鎌土重晴
  • 権利者名: 吉田雄, 吉田克仁, 中田大貴, 大橋秀亮, 鎌土重晴
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: PCT/JP2020/17258
  • 外国
• [産業財産権] マグネシウム合金板材、プレス成形体、及びマグネシウム合金板材の製造方法 (2020)
  • 発明者名: 吉田雄, 吉田克仁, 中田大貴, 大橋秀亮, 鎌土重晴
  • 権利者名: 吉田雄, 吉田克仁, 中田大貴, 大橋秀亮, 鎌土重晴
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: PCT/JP2020/17259
  • 外国