| 研究課題/領域番号 |
23246122
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| 研究機関 | 熊本大学 |
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研究代表者 |
河村 能人 熊本大学, 先進マグネシウム国際研究センター, 教授 (30250814)
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| 研究分担者 |
金 鍾鉉 熊本大学, 先進マグネシウム国際研究センター, 特任助教 (20500268)
眞山 剛 熊本大学, 大学院先導機構, 准教授 (40333629)
山崎 倫昭 熊本大学, 先進マグネシウム国際研究センター, 准教授 (50343885)
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| 研究期間 (年度) |
2011-04-01 – 2015-03-31
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| キーワード | マグネシウム / 長周期積層構造相 / 合金設計 / 組織制御 / 塑性加工 |
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| 研究概要 |
1. 鋳造塑性加工プロセス技術の開発
（1）鋳造材のLPSO相の体積分率と間接押出加工条件が、間接押出加工後の組織と機械的性質に及ぼす影響を調査し、間接押出材の強度は、間接押出温度が低いほど、間接押出速度が遅いほど強度が増加することを明らかにした。また、LPSOの体積分率が増加するほど強度が増加することがを明らかにした。特に、Mg-Zn-Y合金の強度が直接押出加工材と同じ強度を持つ間接押出加工条件を最適化しました。（2） Mg-Zn-Y-RE系合金をモデル合金に、 第五元素添加が発火温度と機械的性質（室温、高温引張強度、クリープ）に及ぼす影響を調査し、Ｃａの少量添加による発火温度が上昇することを明らかにした。特に、Caの添加量0.3at％で発火温度が863度、従来の耐熱マグネシウム合金（Eco-Mg、韓国材料研究所の耐熱マグネシウム合金）よりも高い発火温度を有するKUMADAI耐熱マグネシウム合金を開発した。(3) Mg-Zn-Y系合金をモデル合金に、間接押出加工直後の押出材の結晶粒粗大化を抑制する冷却技術を開発し、押出材組織と機械的性質に及ぼす影響を調査し、間接押出後、押出材の冷却速度が速いほど、押出材の結晶粒サイズが小さくなるの明らかにし、特にクリープ特性が向上を明らかにした。
2. 粉末冶金プロセス技術の開発
急速凝固薄帯固化成形プロセスでは、Mg97.25Zn075Y2合金を用いて、押出固化成形条件が組織形成に及ぼす影響を調査した。EBSDによる組織解析の結果、急速凝固薄帯固化成形材は、動的再結晶粒と加工粒にbimodal化されていることが明らかになり、材料流動速度の上昇により再結晶粒領域の体積分率が増大し、延性が大きく改善することがわかった。切削チップ固化成形プロセスにおいては、Mg-Ni-Y合金固化成形材中の残留歪みをWilliamson-Hallプロットによって見積ることで、LPSO相がα母相に比べ極めて高い歪みを蓄えていることが明らかにした。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
1. 鋳造塑性加工プロセス技術の開発
長周期積層構造を有するMg-Zn-Y-RE合金にCaを第5元素として添加することで、機械的特性が低下することなく発火温度が四元系Mg-Zn-Y-RE合金と比較して約121％上昇することを明らかにした。これは現在、発火温度の低さが問題となり、航空機用材料として使用禁止されているマグネシウム合金を航空機材料として使用する可能性を高くした成果である。今後、航空機材料としてLPSO型KUMADAI合金の地位を高めるものと期待している。また、発火温度特性の向上に影響する機能元素Caの発見と実験データベースの構築は、LPSO型マグネシウム合金の設計に大きな方向性を提示することができる。間接押出加工プロセスの最適化に関連して、既存の直接押出成形プロセスだけでなく、押出加工時に必要な押出圧力を直接押出プロセスと比較して約15％少ない圧力で押し出し可能な間接押出加工プロセスを最適化した。これらにより、LPSO型KUMADAI Mg合金の加工プロセスに自由度を付与すると共に、商用化のための製造工程のプロセスの多指向性を確保した。
2. 粉末冶金プロセス技術の開発
三元系Mg-Zn-Y合金の押出固化成形時、 動的再結晶粒と加工粒にbimodal化されることが分かった。これは、急速凝固および切削チップの成形加工時の延性に関連するもので、今後、急速凝固および切削チップ成形プロセスに関連する合金設計に大きな方向性を提示することができる。
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| 今後の研究の推進方策 |
（1） 鋳造塑性加工プロセス技術の開発
従来の商用マグネシウム合金の発火温度と機械的特性の問題点として、宇宙航空材料には使用は禁止されている。これらの問題点を解決して、宇宙航空材料にLPSO型KUMADAIマグネシウム合金を使用するためにKUMADAI合金の機械的特性をそのまま保持しながら、発火温度が高い合金設計の研究をする。優先的に鋳造材のLPSO相の体積分率が発火温度に及ぼす影響を調査する。特に、Mg-Zn-Y-RE-Al合金（Al：腐食特性の向上元素）に、第6元素としてCaの添加が発火温度と機械的特性（室温、高温引張強度、クリープ）に及ぼす影響を調査する。また、現在の最適化された間接押出加工条件への新しいビレットの加熱プロセスを導入し、最終的に間接押出加工プロセスの最適化の研究をする。そして新しいビレットの加熱プロセスは短時間内にビレットの温度を上昇させる高周波加熱装置を利用して、最適のビレットの加熱条件を研究する。
（2）粉末冶金プロセス技術の開発
急速疑固粉末冶金技術及び切削チップ固化成形技術の高度化や加工プロセスの多様性確保のために、直接押出加工プロセスよりも押出時、試験片の実際の温度が低い間接押出加工プロセスの最適化を達成する。特に、切削チップ固化成形時のビレットの加熱プロセスを高周波加熱装置に変更して、最短時間で加熱して切削チップの粒成長抑制技術を開発する。
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