| 研究課題/領域番号 |
22K04784
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| 研究機関 | 立命館大学 |
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研究代表者 |
川畑 美絵 (太田美絵) 立命館大学, 総合科学技術研究機構, プロジェクト研究員 (30710587)
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| キーワード | 粒径分布 / 降伏応力 / 加工硬化 / ホールペッチ則 |
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| 研究実績の概要 |
研究代表者は、不均一な結晶粒径分布を有し、かつ微細結晶粒と粗大結晶粒が網目状に周期的に配置する調和組織制御の研究過程で、特異的力学特性である「シナジー硬化」現象を発見した。本研究は、この「シナジー硬化」現象の発現原理の解明を目的とする。
「シナジー硬化」現象は、従来のホールペッチ則や複合則で説明できない新しい現象である。微細・粗大結晶粒組織の不均一性と網目状に配置された周期性が、ナノ・ミクロとマクロのスケールで重畳したシナジー硬化の結果であると考えられる。変形初期において、微細結晶粒領域では、早期に応力集中が起きることで選択的に降伏が開始している可能性が考えられる。これにより、見かけの0.2%耐力が上昇し、微細結晶粒領域ではGN転位の蓄積が進行し、加工硬化が増大することで「シナジー硬化」が発現するとの仮説の元、「シナジー硬化」発現の原理の解明を試みたい。
本研究では、①代表粒径の算出方法の決定、②降伏前後の加工硬化現象の検討、の2課題を具体的な課題と設定し、本年度は課題①に取組んだ。その結果、同一視野内における代表粒径の値は算出方法によりその値が異なるが、その視野内に存在する結晶粒の数が多いほど、算出方法による代表粒径の差異は小さくなることが明らかとなった。また、いずれの算出方法を使用したとしてもhall-Petch則は成立するが、その経験式における摩擦応力および材料定数は算出法によって異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
今年度は、粒径の定義について検討を深めることを課題として研究に取り組んだ。ホールペッチ則で表現される粒径とは、ある観察領域における平均粒径もしくは代表粒径を指している。均一組織材においては、結晶粒径のばらつきは比較的小さく、切片法や単純な個数平均によって容易に代表粒径を求めることができる。しかしながら、調和組織のような不均一組織材においては、結晶粒のばらつきは格段に大きくなり、正規分布から大きく外れた分布となる。このような場合に、その組織を代表する粒径をどのように求めるかは重要な要件である。そこで、切片法やいわゆる個数平均だけでなく、加重平均や複合則（Voigt則、Mause則）といった種々の算出手法により求めた代表粒径の差異について検討した結果、以下のことが明らかとなった。
同一視野内における代表粒径の値は算出方法によりその値が異なるが、その視野内に存在する結晶粒の数が多いほど、算出方法による代表粒径の差異は小さくなることが明らかとなった。
また、いずれの算出方法を使用したとしてもhall-Petch則は成立するが、その経験式における摩擦応力および材料定数は算出法によって異ることが明らかとなった。
これらの知見をもとに、今後の研究を遂行していきたい。
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| 今後の研究の推進方策 |
「シナジー硬化」とは調和組織材料特有の、ホールペッチ則や複合則で説明できない新しい現象である。微細・粗大結晶粒組織の不均一性と網目状に配置された周期性が、ナノ・ミクロとマクロのスケールで重畳したシナジー効果の結果であると考えられるが、その詳細は解明されていない。
不均一結晶粒組織の力学特性に着目したYuntian Zhuらの研究では、結晶粒径勾配により加工硬化が増大することが報告されており、調和組織材では微細結晶粒への応力集中と結晶粒径勾配により加工硬化が促進された可能性が示唆されるが、詳細は明らかになっておらず、このような特異な力学特性が発現するメカニズムを明らかにする必要があると考える。
これまでの研究で、調和組織材では、変形の際に微細結晶粒領域への応力集中が起きることがわかってる。これにより、微細結晶粒領域では、選択的に早期に降伏が開始している可能性が考えられる。これにより、見かけの0.2%耐力が上昇し、微細結晶粒領域ではGN転位の蓄積が進行し、加工硬化が増大することでシナジー硬化が発現するとの仮説を考えている。今後はこの仮説の検証を行っていきたい。
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