2017 Fiscal Year Annual Research Report
Innovation of bulk nano-structured commercial purity Ti with utra-high strength and high ductility utilizing TWIP effect
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17H03409
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| Research Institution | Kanazawa University |
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Principal Investigator |
渡邊 千尋 金沢大学, 機械工学系, 教授 (60345600)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
三浦 博己 豊橋技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (30219589)
都留 智仁 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 原子力基礎工学研究センター, 研究職 (80455295)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 工業用純チタン / 巨大ひずみ加工 / バルクナノメタル / 双晶誘起塑性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
巨大ひずみ加工法の一つである多軸鍛造法（MDF）を適用することで，六方最密（HPC）構造を持つ工業用純チタン（Ti）においても，結晶粒超微細化が実現された．多軸鍛造法で作製された，このバルクナノ（BN: Bulk Nano-structured）純Tiは，極めて高い強度/延性バランスを有し，軽量構造材料として非常に魅力的である．HCP構造を有する金属材料においては，すべり変形とともに変形双晶が塑性変形に対して重要な役割を持つ．さらに，塑性変形中に変形双晶が形成することで延性が著しく向上する双晶誘起組成（TWIP）効果が生じること場合がある．BN純Ti中での変形双晶形成のメカニズムを明らかにする事が出来れば，TWIP効果によりBN純Tiのさらなる高強度・高延性化が期待できる．本研究では，材料工学的・計算力学的アプローチから，TWIP効果の付与実現によるBN純Tiのさらなる機械的特性の向上を目的としている．
当該年度の研究実績として，MDF中の組織変化を詳細に調査した．その結果，加工の初期段階(ε＝0.05)から粒内に変形双晶が高密度に導入され，多重双晶により累積ひずみ増加に伴い結晶粒が微細化した．ΣΔε＝2.0 MDF材の86%圧延によって，結晶粒はさらに均一微細化し，最大引張強度は930MPaまで上昇した．また，MDF→圧延プロセスによって得られたBN純Tiは強度・延性ともに非常に大きな温度・ひずみ速度依存性を示すことを明らかにした．この大きな機械的特性の温度・ひずみ速度依存性は変形双晶形成によるTWIP効果によることが強く示唆された．このようなBN純Ti中の変形双晶の形成に与える微量元素の影響を評価するために，第一原理計算による検討を行った．現在，置換型のアルミニウムやバナジウムが変形双晶形成に及ぼす影響の検討を進めている．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
平成29年度では，(1) MDF法によるBN純Tiの作製，(2) BN純Tiの機械的特性（強度，伸び，破壊形態）と微視組織の把握， (3) 固溶原子/転位間相互作用の計算機シミュレーション用プログラムの作成を当初計画の目的としていた．当該年度に，これら3項目の研究を全て実施しており，当初研究計画の通りに，順調に進展していると判断した．
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| Strategy for Future Research Activity |
平成30年度は，(1) 純Tiにおける変形双晶形成の結晶粒径・温度・ひずみ速度依存性の解明，(2) 変形双晶形成のための微量添加元素の選択と合金設計指針の探求，(3) 合金組成，MDF加工条件の最適化を，研究計画の目的としている．
(1)については，BN純Tiに各種条件で焼鈍を施し，結晶粒径の異なる試料を作製し，異なる条件で引張試験を施し，変形双晶のバリアント同定，体積分率の測定を行う．
(2)については，置換型元素に加えて，格子間型の酸素の強化機構について研究を進める．
(3)については，MDFによる純Tiのさらなる高強度化手法とプロセスについて検討する．年度後半では，連携研究者の研究成果を反映し，パス間ひずみ，パスルートの変更を行い，加工プロセスの改善を図る．
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