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Cu-Al-Mn合金およびFe-Mn-Al-Ni合金における異常粒成長の機構をミクロ組織観察・解析の結果から考察した。
はじめに、冷却・加熱のサイクル熱処理条件を変化させて亜粒界組織を変化させた。この組織をEBSDにより解析し、亜結晶粒界における粒界エネルギーを決定した。さらに、異常粒成長を生じたときの粒成長速度の決定を行った。その結果、亜結晶粒の粒界エネルギーの高い試料において異常粒成長速度が速くなることがわかった。このことは、亜粒界エネルギーが異常粒成長の駆動力として働いていることを意味する。
一方で、上記のEBSD解析の結果から決定した亜結晶粒界における粒界エネルギーを用いて、異常粒成長の駆動力を見積もった。大角粒界からなる結晶粒間の結晶粒径差から得られるGibbs-Thomson効果による駆動力に比較し、亜結晶粒界の駆動力は大きいことがわかり、本異常粒成長現象の主たる駆動力が亜結晶粒界エネルギーであることが判明した。さらに、モビリティを文献値あるいはモデル式より算出した。以上の駆動力とモビリティより粒成長速度の見積もりを行った。その結果、亜結晶粒界エネルギーの違いにより異常粒成長速度の違いを説明することができた。以上より、亜結晶粒界エネルギーを駆動力とする新しい異常粒成長現象の機構を解明することができた。
また、異常粒成長を利用して結晶粒径を変化させたFe-Mn-Al-Ni形状記憶合金の線材および板材を用いて超弾性特性を評価した。結晶粒径/試料断面サイズ比を変化させて超弾性特性を測定したところ、線材および板材において、強い比結晶粒径依存性が見られた。変態ひずみの方位依存性やテイラー因子を計算により求めたところ、Fe-Mn-Al-Ni合金の結晶粒間の拘束力はCu-Al-Mn合金と同程度に強いことがわかった。このことから、異常粒成長を利用して結晶粒を粗大化させることが極めて重要であることが判明した。
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