| 研究領域 | ミルフィーユ構造の材料科学-新強化原理に基づく次世代構造材料の創製- |
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| 研究課題/領域番号 |
21H00097
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| 研究機関 | 金沢大学 |
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研究代表者 |
石川 和宏 金沢大学, 機械工学系, 教授 (10312448)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2023-03-31
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| キーワード | キンク形成 / 共晶組織 / 熱的安定性 / 硬度 |
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| 研究実績の概要 |
TiNi-Nb合金およびTiCo-Nb合金ともにミルフィーユ構造を形成し、圧延によりキンクを形成することが分かっているが、これら合金の機械的性質は前者が加工強化型、後者がキンク強化型であることが分かっている。本年度は、上記相違の起源を解明するために、Ti(Ni, Co)-Nb合金において、ミルフィーユ構造を形成する合金組成の探査、圧延によるキンク形成の有無、微細組織の安定性を調べた。
両合金の共晶組成を結んだ(Ti40Ni41Nb19)1-x(Ti35Co35Nb30)x合金において合金探索を行った結果、計算で求めた組成から１～２％組成をずらすことで、すべてのxに対してミルフィーユ構造を形成し、圧延によりキンクが形成することが分かった。微細組織の安定性を調べるため圧延後の合金を熱処理し、硬度の変化を測定した。圧延後に硬度は上昇するが、熱処理温度とともに低下する。例えばx=0.3合金では、973Kで熱処理すると硬度が圧延前の値に回復した。圧延により導入された転位が消滅したと考えられる。組織監察の結果、ミルフィーユ構造および生成したキンクは残存していた。1023Kで熱処理すると、ミルフィーユ構造は破壊されていた。よって、x=0.3合金は973Kでの熱処理により、キンクは残存するが転位が消滅した合金を作製できると考えられる。他の合金でも同様の測定を行い、x=0.5合金では1073K、x=0.7合金では1123Kで同様の状態を得られることが分かった。以上より、xの増加とともに、すなわちCo比率の増大とともにミルフィーユ組織およびキンクの熱的安定性が高いことが分かった。
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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
Ti(Ni, Co)-Nb合金において、どのようにCo/Ni比率を変えてもミルフィーユ構造を形成し、圧延によりキンクを形成することを明らかにすることができた。また、ミルフィーユ構造とキンクの熱的安定性がCo/Ni比率とともに増加することも明らかにできた。しかし、上記合金の引張試験まで至らず、機械的性質の測定についてはやや遅れが生じた。
一方で、TiNi-Nb合金およびTiCo-Nb合金において、B2相とbcc相の方位関係をEBSDにて測定した。TiNi-Nb合金では両相がcube-on-cubeの関係があることが分かっていたが、TiCo-Nb合金では、両相の方位が60°程度ずれいていることを明らかにすることができ、類似性が高いと考えられていた両合金において大きな相違があることが分かり、ミルフィーユ構造とキンク構造に差異が生じ、それが機械的性質に大きく関係することが示唆された。
以上より、本研究はおおむね順調に進展していると言える。
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| 今後の研究の推進方策 |
前年度までに、Ti(Ni, Co)-Nb合金において、どのようなCo/Ni比においても圧延によりキンクが形成することが分かった。さらに、Co/Ni比が大きくなると、ミルフィーユ構造の安定性が増加することが分かっている。本年度は、Ti(Ni, Co)-Nb合金において以下を行う。
Co/Ni比の異なるTi(Ni, Co)-Nb合金を作製し、(1)鋳造材、(2)圧延材、(3)圧延・熱処理材、(4)82単相合金、(5)bcc単相合金を準備する。室温で引張試験を行い、合金毎に降伏応力を求める。上記(1)～(5)合金の機械的性質の比較により、単相合金を仮定したときの強度、ミルフィーユ構造形成による強化量、転位導入による強化量、キンク形成による強化量を定量的に明らかにする。さらに、これら強化量をCo/Ni比で整理し、合金の特性とキンク強化量の関係を明らかにする。
走査型電子共観察では、TiNi-Nb合金とTiCo-Nb合金で形成されるキンクの形態が異なっており、それがキンク強化量の差異となると予想されている。本研究では、Co/Ni比の異なる合金を異なる条件で圧延してキンクを形成させる。キンク形成した合金をEBSDにより方位関係を解析し、B2相およびbcc相の方位関係、キンク形成による回転角とCo/Ni比の関係を明らかにする。
形成されるキンクの形態が異なるTiNi-Nb合金およびTiCo-Nb合金の強度、組織をCo/Ni比で整理することにより、キンク形成とそれがキンク強化に寄与する条件について明らかにする。
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