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2015 年度 実績報告書

シンクロ型LPSO構造の疲労機構の解明

公募研究

研究領域シンクロ型LPSO構造の材料科学 ―次世代軽量構造材料への革新的展開―
研究課題/領域番号 26109704
研究機関東北大学

研究代表者

小泉 雄一郎  東北大学, 金属材料研究所, 准教授 (10322174)

研究期間 (年度) 2014-04-01 – 2016-03-31
キーワード疲労 / 破壊 / 亀裂 / 力学特性 / キンク / マグネシウム / 転位 / 長周期積層構造
研究実績の概要

疲労現象は、繰り返し負荷を受ける構造材料の破壊の原因として重要である。その機構には種々あるが、金属材料の疲労は主に転位すべりにより生じる。シンクロ型long-period stacking ordered(LPSO)相中の転位すべりは室温ではほとんど底面上でのみ生じ、荷重軸が底面に平行で、底面上へのせん断応力のない状態での変形ではキンク形成により生じる。このような場合に如何にして疲労が生じるかは不明であった。また底面すべりが生じる場合でも、溶質原子が濃縮した積層欠陥が一定間隔で存在する環境での疲労変形中の、転位の往復運動、蓄積、自己組織化、表面起伏や亀裂の形成は、従来の疲労研究の知見からは予想困難であった。従って、LPSO相の疲労の研究は、構造材料としての実用面からも、新規な疲労機構解明の基礎科学の面からも興味深く重要と考え本研究では、18R型LPSO構造を有すMg85Zn6Y9合金一方向凝固材の繰り返し変形挙動を、キンク変形発現の有無の影響に注目して調べた。
凝固方向に平行な荷重軸(θ=0°)では、圧縮でキンクを形成した。繰り返し数の増加にともない引張荷重の低下を示して破断した試料表面には、キンクに加えて、底面に沿った亀裂とキンクに平行(荷重軸に垂直)な亀裂が形成された。亀裂の起点となると思われる転位組織が、キンク形成ともなう結晶方位の回転で底面すべりが容易となった領域内に観察された。凝固方向から20°傾斜した荷重軸(θ=20°)では、底面すべりにより、圧縮と引張の両側で等しく塑性ひずみを示す繰り返し変形が可能であった。破壊は、底面と底面から大きく傾斜した面を交互に伝播する亀裂によって生じた。
以上の結果より、底面転位の活動が困難でキンク変形が支配的となる荷重であっても、キンク形成に伴い結晶回転領域での底面転位の活動が亀裂形成の起源となることが明らかとなった。

現在までの達成度 (段落)

27年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

27年度が最終年度であるため、記入しない。

備考

ポスター賞受賞2016年3月19日
Kotaro Sano, Poster Award, "Cyclic deformation behavior of Mg85Zn6Y9 alloy with long-period stacking-ordered structure", 2016 Japan-Russia Joint Seminar, Akiu, Sendai, Japan,

  • 研究成果

    (15件)

すべて 2016 2015 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (5件) (うち謝辞記載あり 1件、 査読あり 4件) 学会発表 (8件) (うち国際学会 3件) 備考 (1件)

  • [国際共同研究] 中南大学(中国)

    • 国名
      中国
    • 外国機関名
      中南大学
  • [雑誌論文] Submicron lamellar porous structure formed by selective dissolution of Ti-Al alloy2016

    • 著者名/発表者名
      Dai-Xiu Wei, Yuichiro Koizumi, Yunping Li, Kenta Yamanaka, Akihiko Chiba
    • 雑誌名

      Materials & Design

      巻: 98 ページ: 1-11

    • DOI

      dx.doi.org/10.1016/j.matdes.2016.02.096

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Fracture of directionally solidified (DS) Mg85Zn6Y9 alloy with 18R long-period stacking-ordered structure after compression followed by tension2015

    • 著者名/発表者名
      K. Sano, Y. Koizumi, A. Chiba, K. Hagihara, Y. Kawamura
    • 雑誌名

      Proceeding of Mg2015 : The 10th International Conference on Magnesium Alloys and Their Applications

      巻: 10 ページ: 350-353

    • 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Control of γ lamella precipitation in Ti-39 at.% Al single crystals by nanogroove-induced dislocation bands2015

    • 著者名/発表者名
      D.X. Wei, Y. Koizumi, A. Yamanaka, M. Yoshino, Y. Li, A. Chiba
    • 雑誌名

      Acta Materialia

      巻: 96 ページ: 352-365

    • DOI

      10.1016/j.actamat.2015.05.016

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Enhanced Damping Capacity of Magnesium Alloys by Tensile Twin Boundary2015

    • 著者名/発表者名
      Y. Cui, Y. Li, S.H. Sun, H. Bian, H. Huang, Z.C. Wang, Y. Koizumi, A. Chiba
    • 雑誌名

      Scripta Materialia

      巻: 101 ページ: 8-11

    • DOI

      10.1016/j.scriptamat.2015.01.002

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Nano-lamellar/nano-tubular hierarchical porous structure produced by selective dissolution and anodization of lamellar Ti-40 at.% Al alloy2015

    • 著者名/発表者名
      D.X. Wei, Y. Koizumi, H. Bian, Y. Li, A. Chiba
    • 雑誌名

      Materials Letters

      巻: 145 ページ: 15-18

    • DOI

      10.1016/j.matlet.2014.11.059

    • 査読あり
  • [学会発表] Effect of twin boundary mobility on damping capacity of Mg and its alloys2016

    • 著者名/発表者名
      崔 玉傑 , 小泉 雄一郎, 李 云平, 千葉 晶彦
    • 学会等名
      日本金属学会春期講演大会
    • 発表場所
      東京理科大学
    • 年月日
      2016-03-23 – 2016-03-25
  • [学会発表] Cyclic deformation behavior of Mg85Zn6Y9 alloy with long-period stacking-ordered structure2016

    • 著者名/発表者名
      Kotaro Sano, Yuichiro Koizumi, Akihiko Chiba, Koji Hagihara, Yoshihito Kawamura
    • 学会等名
      2015 Annual Meeting of Excellent Graduate Schools for "Materials Integration Center" and "Materials Science Center"
    • 発表場所
      Akiu, Sendai, Japan
    • 年月日
      2016-03-18 – 2016-03-19
    • 国際学会
  • [学会発表] Effect of twin boundary mobility on damping capacity of magnesium alloys2016

    • 著者名/発表者名
      ujie Cui, Yunping Li, Yuichiro Koizumi, Akihiko Chiba
    • 学会等名
      2015 Annual Meeting of Excellent Graduate Schools for "Materials Integration Center
    • 発表場所
      Akiu, Sendai, Japan
    • 年月日
      2016-03-18 – 2016-03-19
    • 国際学会
  • [学会発表] 18R 型LPSO 構造を有するMg85Zn6Y9合金一方向凝固材の繰り返し変形挙動2015

    • 著者名/発表者名
      佐野 康太郎, 小泉 雄一郎, 千葉 晶彦, 萩原 幸司, 河村 能人
    • 学会等名
      第130回金属材料研究所講演会
    • 発表場所
      東北大学金属材料研究所
    • 年月日
      2015-11-25 – 2015-11-25
  • [学会発表] Effect of alloying and annealing on the activation of twin boundary2015

    • 著者名/発表者名
      Yujie Cui, Yunping Li, Yuichiro Koizumi, Akihiko Chiba
    • 学会等名
      日本機械学会 M&M2015 材料力学カンファレンス
    • 発表場所
      東京工業大学
    • 年月日
      2015-11-21 – 2015-11-21
  • [学会発表] Cyclic deformation behavior of Mg85Zn6Y9 alloy with 18R long-period stacking-ordered structure2015

    • 著者名/発表者名
      K. Sano, Y. Koizumi, A. Chiba, K. Hagihara, Y. Kawamura
    • 学会等名
      The 10th International Conference on Magnesium Alloys and Their Applications 2015 (Mg2015)
    • 発表場所
      Jeju, Korea
    • 年月日
      2015-10-14 – 2015-10-14
    • 国際学会
  • [学会発表] 18R型LPSO構造を有するMg85Zn6Y9合金一方向凝固材の繰り返し変形挙動2015

    • 著者名/発表者名
      佐野 康太郎, 小泉 雄一郎, 千葉 晶彦, 萩原 幸司, 河村 能人
    • 学会等名
      日本金属学会2015年秋期(第157回)講演大会
    • 発表場所
      九州大学
    • 年月日
      2015-09-16 – 2015-09-18
  • [学会発表] Effect of annealing treatment on twin boundary mobility in magnesium and its alloys2015

    • 著者名/発表者名
      崔 玉傑, 小泉 雄一郎, 李 云平, 千葉 晶彦
    • 学会等名
      日本金属学会2015年秋期(第157回)講演大会
    • 発表場所
      九州大学
    • 年月日
      2015-09-16 – 2015-09-18
  • [備考] 東北大学金属材料研究所 加工プロセス工学研究部門 千葉研究室

    • URL

      http://www.chibalab.imr.tohoku.ac.jp

URL: 

公開日: 2017-01-06  

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