階層的マルチモーダル微細組織制御によるマグネシウム合金の強靭性化

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Mg合金は、その軽量性からAl合金に代わる軽量構造材料として注目されている。その中でLPSO型Mg-Zn-Y系急冷合金は高強度と高耐食性を有することから、航空機の本体構造部材への適用が期待されている。本研究では、Mg-Zn-Y系急冷合金の強靭化とそのメカニズムの解明を目的に、Mg-Zn-Y系急冷合金の急冷条件、熱処理条件、押出条件といった合金製造プロセス条件ならびに合金組成の探査を行い、その引張特性および破壊靭性特性を評価した。その結果、特に急冷時の冷却速度と押出前熱処理により、結晶粒度分布、転位密度分布、結晶方位および第二相であるLPSO相の形態といったマルチモーダル組織因子を効果的に制御することができ、高強度・高破壊靭性を発現する合金を開発することができた。破壊靭性の改善には、強度、延性、加工硬化能の両立とき裂偏向の促進が有効であり、これらの挙動に影響を及ぼす結晶粒度分布、転位密度分布、LPSO相の形態といった複数の組織因子が明らかとなった。α-Mg相領域においては、転位密度の高い①加工粒および②超微細再結晶粒、転位密度の低い③微細再結晶の三つの領域を形成させることが強度、加工硬化能、延性の両立に有効であることが明らかとなった。また、LPSO相領域においては、LPSO相の形態がプレート状からブロック状に変化することで、二次き裂やマイクロクラックの形成が促進され、破壊靭性が改善されることが明らかとなった。マルチモーダル組織の形成は、押出固化成形前の急冷薄帯の組織が大きく影響を及ぼすことから、強靭化のためのマルチモーダル組織制御には急冷薄帯における初期組織の制御が重要であることがわかった。