| 研究課題/領域番号 |
19K15324
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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, 日本学術振興会特別研究員 (60838639)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2021-03-31
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| キーワード | 巨大ひずみ加工 / 連続加工 / 過飽和固溶体 / 高強度 / 高導電性 |
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| 研究実績の概要 |
本研究では、Al-Fe 2元系合金に巨大ひずみ加工技術を適用することで鉄を過飽和状態にし、続く時効処理により析出粒子を微細分散させ、高導電率を保持しつつ高強度化を目指している。
初年度は、まず直径100mm、幅3mmのリング状Al-2wt%Fe合金に2 GPaおよび3 GPaの高圧下でHPT加工を施し、組織改質を図った。HPT加工の回転数の増加とともに結晶粒は微細化され、わずか1回転で170 nmへ超微細化できた。Feの固溶量も回転数の増加とともに増加し、1回転後に固溶量は最大となり1wt%固溶させることができた。HPT加工を0.25回転施すことで引張強度は未加工材の120 MPaから320 MPaに上昇した。さらに、0.5回転後は500 MPa、1回転後では伸びを10%程度維持したまま600 MPaへ上昇した。その後温度200℃で時効することにより、引張強度は導入ひずみ量に依らず向上し、0.25回転材では360 MPa、1回転加工材では730 MPaまで向上した。4探針法による電気抵抗測定の結果、0.25回転材は52.7 IACS%の高導電性を保持したままで、ピーク時効後は導電性がさらに改善され、強度・導電性に優れた合金を作製することができた。わずか0.25回転でも特性改善が図れることから、本研究ではワイヤー状試料を用いた連続加工法についても開発を行った。連続加工は、金型に試料挿入口・取出口を設けることで実施し、直径2.8 mmのワイヤー状試料を2本同時に加工した。その結果、0.25回転施すことで相当ひずみ25の巨大ひずみが導入でき、引張強度を280 MPaへ向上させることができた。
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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、Al-2wt%Fe合金へHPTを施すことで結晶粒を超微細化でき、強度の大幅な向上が実現できることを確認している。電気抵抗測定結果と併せることで、0.25回転材が強度・導電性のバランスに優れており、52.7 IACS%の導電性を保持したまま引張強度が360 MPaへ向上することを確認している。加えてSPring-8の高輝度X線を用いたその場観察により、HPT加工後の時効処理中の微細組織変化を既に連続的に捉えることができている。
連続加工技術についても、Al-Fe合金への適用に成功しいる。これにより、相当ひずみ25の巨大ひずみを導入することができ、平均粒径400 nmの超微細粒組織が得られている。
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| 今後の研究の推進方策 |
これまでに、Al-2wt%Fe合金にHPT加工を施した際の機械的特性や電気的特性を統計的に調査できている。一般に、ひずみ導入により強度は向上する一方で、電気抵抗は格子欠陥導入や鉄の強制固溶に伴い増加する。そこで今後は、時効中の電気抵抗変化をその場観察し、亜時効から過時効状態までの領域の動的解析を考えている。加えて引き続きSPring-8の高輝度X線を用いたその場観察により、時効中の微細組織変化を捉え、析出物量と強度との関係性を明らかにしていく。また鉄の過飽和固溶体の作製法に関して、マルチアンビル高圧発生装置を利用したその場X線解析法により、高圧下での固溶状態を調査する。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
本年度2月、3月に学会発表や研究に関する出張を予定していたが、新型コロナウイルスのため全てキャンセルとなり次年度使用額が生じた。
これらはSPring-8で取得したX線回折プロファイルの解析のためのソフトウェア購入経費に充てるとともに、各実験施設への出張旅費とする。
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