2014 Fiscal Year Annual Research Report
強加工ー熱処理法による低温の特異な組織形成と相平衡の解明およびその熱力学解析
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25289216
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
大沼 郁雄 東北大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (20250714)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
石田 清仁 東北大学, 工学(系)研究科(研究院), 名誉教授 (20151368)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 相平衡 / 整合・非整合 / 状態図 / 熱力学 / CALPHAD / 鉄鋼材料 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
Fe-Al２元系合金のBCC相に現れる不規則α（A2）相と規則α’（B2）およびα”（D03）相間の相平衡は，相界面が整合か非整合かにより影響を受けることがAllenとCahnにより指摘されているが，整合・非整合を考慮した実験による検証はなされていない．本研究では，Fe-Al合金をコンバージミリングにより強加工した後，熱処理することにより，600℃以下の低温条件下において，整合・非整合の相分離組織を形成させて，相平衡に及ぼす相界面の整合・非整合の影響を調査することを目的とした．
高周波溶解により作製したFe-Al２元系合金をガスアトマイズ法により粉末化した．得られた合金粉末を(a) 550℃での２相化予備熱処理＋コンバージミリングによる強加工，(b) コンバージミリングによる強加工，(c) 強加工無し（アトマイズままの粉末）の３通りの予備処理を施した後，500, 550および600℃で平衡化熱処理を施し，α＋α’およびα＋α”相分離組織を作製し，各温度における平衡組成をFE-EPMAを用いて測定した．
Fe-Al合金のアトマイズ粉末は，数個の結晶粒からなる単相組織であり，強加工と熱処理の組合せで組織制御した結果， (a) 粗大・非整合, (b1) 粗大・整合，(b2) 粒界整合および(c) 微細・整合の２相組織が得られた．平衡組成をFE-EPMAにより測定した．
定量分析の結果，(a) 粗大・非整合ならびに(b2) 粒界整合２相組織の平衡組成は，Okamotoらの実験結果にほぼ一致し，非整合の状態，あるいは整合でも界面の曲率半径が大きい場合には，本来の平衡状態にほぼ一致していることが分かった．一方，整合組織で，その組織が細かい場合には，本来の平衡組成の内側・右寄りに２相濃度が偏倚し，組織が細かいほど２相の濃度差が小さくなることが明らかとなった．
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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
本研究独自の実験手法である「コンバージミリングによる強加工法」と熱処理を適切に組合わせることにより，Fe-Al２元系におけるBCC相の組織を，整合・非整合，および微細・粗大に作り分けることが出来，鉄系合金としては低温領域における600℃以下の相平衡に及ぼす異相界面の整合・非整合の影響を正確に測定できることが明らかとなった．この成果は当初の研究目的を達成したものであり，本研究は概ね順調に進展していると判断している．
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| Strategy for Future Research Activity |
初年度は強加工－熱処理法が合金の融点（K単位）の1/2以下を目安とした低温における平衡組織を得るための有効な手段であることが確認できた．さらに，２年目の研究では，強加工と熱処理の組合せにより，整合・非整合組織の作りわけにも活用できることが明らかとなった．
今後は同様の手法を用いて，(1) Fe-Ni２元系に出現することが熱力学的に予測されているL10規則相の相安定性，(2) Fe-Si２元系BCC規則不規則相の２相分離，(3) Co-Cr２元系およびCo-Cr-X３元系（X=Pt, B, Ge, Fe, Nb, Mo）における強磁性／常磁性相の相分離等の低温領域における相平衡を決定する．
さらに，得られた実験データに基づき，各合金系の熱力学解析を行い，信頼性の高い熱力学データベースを構築する．
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| Causes of Carryover |
H26年度当初の支出計画では，組織形成シミュレーションを行うための高性能ワークステーションを購入する予定であったが，今年度は，熱力学計算に利用するパーソナルコンピュータに購入品目を変更したため，差額が生じた．また，FE-EPMAのコントロール用パーソナルコンピュータを更新する予定であったが，現用のコンピュータが十分利用可能であることが判明し，購入を見送ったため，次年度使用額が発生した．
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
前年度未使用額相当の高性能ワークステーションを購入し，組織形成シミュレーションに活用する．
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Research Products
(3 results)
