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2011 年度 実績報告書

高精度衝撃変形応答解析に基づくマグネシウム合金のマイクロクラック形成機構解明

研究課題

研究課題/領域番号 21360347
研究機関神戸大学

研究代表者

向井 敏司  神戸大学, 工学研究科, 教授 (40254429)

研究分担者 染川 英俊  独立行政法人物質・材料研究機構, 元素戦略材料センター, 主任研究員 (50391222)
キーワードマグネシウム合金 / 高速変形 / ひずみ速度依存性 / 非底面すべり変形 / 変形双晶 / せん断帯 / マイクロクラック / 溶質原子
研究概要

1.高速せん断変形応答
Mg-Y二元合金の押出材を供試材とした。角柱試験片へ二つのせん断面が形成されるようにスリットを設け、高速せん断試験を実施した。通常のマグネシウム押出材では,押出方向と平行に底面が揃いやすいため、押出軸に対して試験片の切出し角度を選択すると、底面,第1錐面、第2錐面、柱面に平行な変形が優先的に活動することを企図した。変形後の破面はせん断方向と平行に形成されていたことから、有限要素シミュレーションにより設定したスリット・ギャップの妥当性を確認した。Mg-Y合金の高速せん断試験により得られたせん断応力-ひずみ関係は、4通りの方向に対してほとんど差異がないことから、底面集合組織の影響が低い場合には、せん断応力の異方性が低くなることがわかった。
2.変形組織解析
二面せん断試験では高速変形の途中で応力除荷が困難であるため、ハット型試験片を用いて、せん断試験を実施した。Mg-Y合金のせん断ひずみは純マグネシウムの場合と比較して大きくなる結果となった。変形途中の試験片について組織観察したところ、結晶粒が微細化され、クラックが鈍化していることを確認した。室温付近の温度で圧縮試験を行った結果、ひずみの増加と共に結晶粒の微細化を確認した。応力と温度の逆数の関係から活性化エネルギーを算出したところ、約250kJ/molの値を示したことから、非底面aすべりの活性化により、動的回復が発現していることが示唆された。
3.マグネシウム合金の高速変形応答と靭性改善
高速変形時にクラックが伝播しにくくなる要因として、イットリウム原子が結晶粒内に偏在すること、あるいは,押出材の底面集合組織が低減されたことにより、非底面すべりの活性化が示唆された。そこで、溝ロール圧延を施すことにより、マグネシウム合金の底面集合組織を低減しつつ、結晶粒を微細化した結果、高強度化とともに靭性値が同時に改善されることを確認した。

  • 研究成果

    (15件)

すべて 2012 2011

すべて 雑誌論文 (6件) (うち査読あり 5件) 学会発表 (8件) 図書 (1件)

  • [雑誌論文] FORMATION OF NANO-SCALE TWINS AND LOW ANGLE GRAIN BOUNDARIES DURING FRACTURE OF A FINE GRAINED MAGNESIUM ALLOYS2012

    • 著者名/発表者名
      Alok Singh, Hidetoshi Somekawa, Toshiji Mukai
    • 雑誌名

      Magnesium Technology 2012, TMS (The Minerals, Metals & Materials Society)

      ページ: 93-97

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Development of High Strength and Toughness Magnesium Alloy by Grain Boundary Control2012

    • 著者名/発表者名
      Hidetoshi SOMEKAWA, Alok SINGH Tadanobu INOUE, Toshiji MUKAI
    • 雑誌名

      Magnesium Technology 2012, TMS (The Minerals, Metals & Materials Society)

      ページ: 345-347

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Rate-dependent hardening due to twinning in an ultrafine-grained magnesium alloy Original Research Article2012

    • 著者名/発表者名
      Bin Li, Shailendra R.Joshi, O.Almagri, Q.Ma, K.T.Ramesh, T.Mukai
    • 雑誌名

      Acta Materialia

      巻: 60 ページ: 1818-1826

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 構造用途に向けたマグネシウム合金の適用課題~ねばり強くするために~2011

    • 著者名/発表者名
      向井敏司、染川英俊、丸山典夫
    • 雑誌名

      工業材料

      巻: 59巻 ページ: 62-66

  • [雑誌論文] Deformation Mechanism in the Crack-Tip Region of Fine-Grained Magnesium Alloy2011

    • 著者名/発表者名
      染川英俊、井上忠信、Singh, A、向井敏司
    • 雑誌名

      METALLURGICAL AND MATERIALS TRANSACTIONS A-PHYSICAL METALLURGY AND MATERIALS SCIENCE

      巻: 42A巻 ページ: 2475-2480

    • DOI

      DOI:10.1007/s11661-011-0642-y

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Ultra-fine grain size and isotiopic very high strength by direct extrusion of chill-cast Mg-Zn-Y alloys containing quasicrystal phase2011

    • 著者名/発表者名
      Singh Alok; Osawa Yoshiaki; Somekawa H.; Mukai T
    • 雑誌名

      SCRIPTA MATERIALIA

      巻: 64 ページ: 661-664

    • DOI

      10.1016/j.acriptamat.2010.12.016

    • 査読あり
  • [学会発表] Mg-Y二元合金の高速変形応答2012

    • 著者名/発表者名
      長尾昌樹, 染川英俊, 向井敏司
    • 学会等名
      日本金属学会2012年春期大会
    • 発表場所
      横浜国立大学
    • 年月日
      2012-03-29
  • [学会発表] 純マグネシウムのホール・ペッチ則に及ぼすひずみ速度の影響2012

    • 著者名/発表者名
      寺田知史, 向井敏司
    • 学会等名
      日本金属学会2012年春期大会
    • 発表場所
      横浜国立大学
    • 年月日
      2012-03-29
  • [学会発表] 添加元素の有効活用によるマグネシウム合金の高性能化2012

    • 著者名/発表者名
      向井敏司
    • 学会等名
      第21回けいはんな新産業創出交流センターシーズフォーラム
    • 発表場所
      関西経済連合会(招待講演)
    • 年月日
      2012-02-02
  • [学会発表] 用途拡大に向けた軽金属材料の結晶組織設計2011

    • 著者名/発表者名
      向井敏司
    • 学会等名
      第246回材料力学談話会「材料力学分野のこれから」
    • 発表場所
      大阪科学技術センター(招待講演)
    • 年月日
      2011-12-16
  • [学会発表] Possibility for development of high strength and toughness magnesium alloys2011

    • 著者名/発表者名
      Hidetoshi Somekawa, Toshiji Mukai
    • 学会等名
      The 4^<th> Asian Symposium on Magnesium Alloys
    • 発表場所
      Busan, Korea(招待講演)
    • 年月日
      2011-10-03
  • [学会発表] Development of High strength and Toughness Magnesium Alloys by Microstructural Controls2011

    • 著者名/発表者名
      Hidetoshi Somekawa, Toshiji Mukai
    • 学会等名
      ATEM'11, OS19, JEME-MMD
    • 発表場所
      神戸国際会議場
    • 年月日
      2011-09-19
  • [学会発表] Strengthening Mg-Al-Zn Alloys by Severe Plastic Rolling2011

    • 著者名/発表者名
      ToshijiMukai, Hidetoshi Somekawa, Alok Singh, Tadanobu Inoue
    • 学会等名
      ATEM'11, OS19, JEME-MMD
    • 発表場所
      神戸国際会議場
    • 年月日
      2011-09-19
  • [学会発表] 構造用途に向けたマグネシウム合金の結晶粒微細化2011

    • 著者名/発表者名
      向井敏司
    • 学会等名
      第146回超塑性研究「先進マグネシウム合金の展開」
    • 発表場所
      千葉工業大学津田沼キャンパス(招待講演)
    • 年月日
      2011-06-11
  • [図書] 破壊力学大系-壊れない製品設計へ向けて-【4-1-5】先端金属材料2012

    • 著者名/発表者名
      丸山典夫, 向井敏司
    • 総ページ数
      454-462
    • 出版者
      株式会社エヌ・ティー・エス

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公開日: 2013-06-26  

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