| 研究課題/領域番号 |
20H00306
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| 研究機関 | 京都大学 |
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研究代表者 |
辻 伸泰 京都大学, 工学研究科, 教授 (30263213)
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| 研究分担者 |
足立 大樹 兵庫県立大学, 工学研究科, 教授 (00335192)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| キーワード | 金属材料 / 力学特性 / 放射光その場回折 / 不均一ナノ組織 / 画像相関法 / 不均一変形 / 強度 / 延性 |
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| 研究実績の概要 |
本研究では、軟質なフェライト(F)相と硬質なマルテンサイト (M)相からなる二相鋼(Dual Phase鋼)を題材として研究を行う。F+M二相鋼は、炭素鋼をF+A(オーステナイト)二相域で焼鈍し、急冷してAをMに相変態させることにより得られる。二相鋼では、二相域焼鈍条件や履歴を変えることによって、各相のサイズ、分布状態、体積率といった組織を制御することができ、軟質ドメインと硬質ドメインから構成されるナノヘテロ組織のモデル材として適している。
初年度である2020年度は、以下の研究項目を実施した。(1)二相鋼のナノ組織化:炭素量の異なるFe-Mn-C三元系合金を用い、研究代表者がこれまでに見出してきた加工熱処理手法を適用してナノ組織化を達成した。(2)変形中その場回折・解析手法の確立:研究分担者・足立がSPring-8に構築済みの装置を用い、本研究に適した装置構成への改良を行った。(3)二相鋼のマクロ力学特性の測定と局所変形挙動の測定:(1)で作製した二相鋼のマクロ力学特性を、研究室における室温引張り試験により明らかにした。二相鋼中の局所ひずみを、デジタル画像相関法(Digital Image Correlation: DIC)により可視化および定量化した。硬質なマルテンサイト相と軟質なフェライト相の間で塑性ひずみが分配されることが定量的に明らかとなった。(4)軟質相と硬質相の間の力学的相互作用を解析する手法の開発:その場回折により得られる各相の内部応力、転位密度と、DICにより得られる各相のひずみおよび局所ひずみ分布データを基にして二相間の相互作用を解析する手法を確立した。
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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
当初予定していた実験装置を構築するとともに、解析手法などを整備し、二相鋼のナノ組織化にも成功して、当初予定していた研究項目をすべて実施・達成することができた。得られたナノ組織二相鋼の引張試験中その場放射光X線回折実験も実施できた。
得られた成果を4件の国際会議講演、8件の国内学会講演として発表した。そのうち4件は招待講演である。また関連する成果を８件の学術雑誌論文として発表した。その中には材料工学分野におけるトップジャーナルである、Materials & Design誌（IF=）、Materials Research Letters誌（IF=）、Acta Materialia誌（IF=）、Journal of Materials Science & Technology誌（IF=）への発表論文5編が含まれる。また論文２編は、研究代表者（京大・辻）と研究分担者（兵庫県立大・足立）の共著論文である。
研究に従事した助教が他大学で准教授に昇任し、また中心的な役割を果たしたポスドク研究員が研究室の助教に着任した。関連研究を行なった博士後期課程学生３名が博士学位を、修士学生２名が修士学位を、学部４回生２名が学士の学位を取得した。このように、先端的な研究を通じて若手人材育成にも貢献できた。
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| 今後の研究の推進方策 |
本研究を遂行するための技術的基盤が整い、二相鋼のナノ組織化にも成功した。今後は初年度得られたその場回折実験の結果を解析し、硬質相と軟質相の間の変形挙動を明らかにするとともに、両相間の力学的相互作用を解析する。また、Fe-Mn-C三元系合金に種々の加工熱処理を適用し、硬質相の体積分率や分布状態を種々変化させたDP組織試験片を作製して、室温引張試験を行なって強度と延性に及ぼす組織パラメータの影響を明らかにする。さらにDIC解析および引張変形時のその場放射光X線回折実験を実施し、二相間の力学的相互作用を定量的に解析する。また、フェライト＋マルテンサイト二相鋼以外のナノヘテロ組織を作製し、同様の実験を行なって材料間の類似点と相違点を明らかにする。最終的には、ナノヘテロ組織がなぜ全体として優れた力学挙動を示すのかを明らかにする。
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