Mg-Sc系超弾性合金のY添加誘起規則化による常温回復ひずみ量の極大化

2022年度は、Mg-Sc二元系合金およびYなどのレアアース元素を添加したMg-Sc-X三元系合金において、常温超弾性効果の発現に最適な合金組成の調査を行った。具体的には、Mg-Sc母合金と種々のX元素を用いて、様々な組成を有する二元系および三元系合金を高周波溶解炉を用いて溶製し、常温引張試験やビッカース硬さ試験、変態温度調査（DSC測定）を行った。まず二元系合金においては、Sc量を19.5at.%程度以下とすることで常温超弾性効果が発現することを明らかとした。また、常温超弾性特性の向上に不可欠な結晶粒径粗大化手法についても調査・確立した。更に、100℃×10分間の時効熱処理により母相がB2規則化され、粒径粗大化とB2規則化により、従来合金に匹敵する最大4.6%の常温超弾性ひずみ量を実現した。一方で、19.5at.％Sc以上の組成では、変態誘起塑性（TRIP）効果が発現することを見出し、250MPa程度の引張強度と60%を超える破断伸びを実現、従来Mg合金における強度-延性バランスを克服することに成功した。三元系合金においては、bcc相安定性に注目しSc当量を定義することで、二元系合金と同様に、超弾性およびTRIP効果の発現に最適な組成範囲を見出すことに成功した。また、いずれの元素添加もSc添加の場合よりも大きな固溶強化能を得られることが分かり、超弾性および引張特性の向上に成功した。

2022年度は、Mg-Sc二元系合金およびYなどのレアアース元素を添加したMg-Sc-X三元系合金において、常温超弾性効果の発現に最適な合金組成の調査を行った。具体的には、Mg-Sc母合金と種々のX元素を用いて、様々な組成を有する二元系および三元系合金を高周波溶解炉を用いて溶製し、常温引張試験やビッカース硬さ試験、変態温度調査（DSC測定）を行った。まず二元系合金においては、Sc量を19.5at.%程度以下とすることで常温超弾性効果が発現することを明らかとした。また、常温超弾性特性の向上に不可欠な結晶粒径粗大化手法についても調査・確立した。更に、100℃×10分間の時効熱処理により母相がB2規則化され、粒径粗大化とB2規則化により、従来合金に匹敵する最大4.6%の常温超弾性ひずみ量を実現した。一方で、19.5at.％Sc以上の組成では、変態誘起塑性（TRIP）効果が発現することを見出し、250MPa程度の引張強度と60%を超える破断伸びを実現、従来Mg合金における強度-延性バランスを克服することに成功した。三元系合金においては、bcc相安定性に注目しSc当量を定義することで、二元系合金と同様に、超弾性およびTRIP効果の発現に最適な組成範囲を見出すことに成功した。また、いずれの元素添加もSc添加の場合よりも大きな固溶強化能を得られることが分かり、超弾性および引張特性の向上に成功した。