| 研究課題/領域番号 |
24246113
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| 研究種目 |
基盤研究(A)
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| 研究機関 | 京都大学 |
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研究代表者 |
乾 晴行 京都大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (30213135)
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| 研究分担者 |
岸田 恭輔 京都大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (20354178)
岡本 範彦 京都大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (60505692)
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| 研究期間 (年度) |
2012-04-01 – 2015-03-31
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| キーワード | 界面変形抵抗 / マイクロピラー / 試験片サイズ依存性 / 水素 / 双結晶 / 弾性拘束応力 / 応力集中 / 転位源 |
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| 研究概要 |
古くから結晶粒界や界面（双晶境界，異相界面など）を利用して強化が図られている．しかし，バルク構造体ではこのような界面が無数に導入されることによりバルク強度特性を発現させており，個々の界面についてその強化特性を評価した例は意外に少ない．本研究では，界面をたった1つ含むミクロンサイズのマイクロピラー試験片の圧縮試験から，個々の界面の変形抵抗を明らかにすべく，イントリンシック界面変形抵抗の定量評価を試みた．試験片サイズを小さくするほど，界面による弾性拘束応力や粒内転位源からの応力集中が小さくなり，それらがフリーの状態で真に変形伝播に対する界面抵抗が導出できる．TiAl/Ti3Al合金およびNi基超合金に対し種々の界面の変形抵抗を明らかにする予定で、本年度はNi基超合金単結晶の界面抵抗の評価を試みた．Ni基超合金はFCC母相とL12析出相の2相からなるが，正および負の格子ミスフィット（+0.3%, -0.3%）をもつ単結晶合金を作製し，立方体形状のL12析出相の大きさを0.5μmに調整し，<001>を圧縮方位としてマイクロピラー圧縮試験を行った．<001>を圧縮方位とする場合，{100}面では歪の不適合は生じないが，両相には格子ミスフィットに応じて弾性拘束応力が生じている．格子ミスフィットが正，負の場合，軟相のFCC母相にはそれぞれ引張，圧縮の弾性応力が生じているが，ピラーサイズがL12析出相の大きさと同等になると格子ミスフィットに基づく弾性応力は解放され，圧縮変形挙動に差異が生じる．実際に，正および負の格子ミスフィットをもつ単結晶合金の降伏応力はマイクロピラー試験片のサイズ減少とともに同様に増大するが，試験片サイズが0.6μmより小さくなると，格子ミスフィットが負の合金では降伏応力の増大の仕方が低減され、格子ミスフィットが正の合金では降伏応力は逆に減少した．
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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
イントリンシック界面変形抵抗はその定義から，マイクロピラー試験片サイズが極限まで小さくなった状態で評価できる新規な界面力学物性であるため，実験的にサブミクロンメーターサイズの試験片を変形できる実験手法を確立することを本年度の研究の最重要課題とした．試験片のFIB加工手法（試料両端の平行度の確保）の開発，試験片端面と圧縮治具（ダイヤモンド・フラットパンチ）の平行度の確保，位置決め手法の確立をすべてクリアし、サブミクロンメーターサイズの試験片を変形できる実験手法の確立を達成した。現在，実験可能な最少試験片サイズは0.1～0.2μmである．Ni基超合金で特異な変形挙動は0.6μm前後で起こり，これを実験的に検出することに成功した．Ni基超合金で正および負の格子ミスフィットをもつ単結晶合金の降伏応力はマイクロピラー試験片のサイズ減少とともに同様に増大するが，試験片サイズが0.6μmより小さくなると，格子ミスフィットが負の合金では降伏応力の増大の仕方が低減され、格子ミスフィットが正の合金では降伏応力は逆に減少した．フェイズ・フィールド法によるシミュレーションにより，これらは弾性拘束応力の解放によることを確かめている．
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| 今後の研究の推進方策 |
Ni基超合金で正および負の格子ミスフィットをもつ単結晶合金の降伏応力はマイクロピラー試験片のサイズ減少とともに同様に増大するが，試験片サイズが0.6μmより小さくなると，格子ミスフィットが負の合金では降伏応力の増大の仕方が低減され、格子ミスフィットが正の合金では降伏応力は逆に減少することを明らかにしたため，このような変形挙動の相違を支配する因子の解明を推進している．前述のごとく，フェイズ・フィールド法によるシミュレーションにより，これらは弾性拘束応力の解放によることを確かめているが，シミュレーションで持ち込み転位源を導入し、その分布、密度を変化させて計算できるように、プログラムをアップグレード中である．また，TiAl/Ti3Al合金についても、ラメラ単結晶試料の育成および熱処理によるラメラー間隔の制御を完了しており，次年度での実験研究の準備を万全に整えている．ラメラー界面は平面状界面であり，3次元界面をもつNi基超合金より単純な系であるため、イントリンシック界面変形抵抗の定量評価をより精密に行える．特筆すべき研究計画の変更や研究遂行上の問題点はない．
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