Elucidation of superelastic mechanisms and property enhancement through multiscale microstructure control in Zr based alloys

点击翻译按钮获取中文摘要

本年度は、Zr-Nb-SnおよびZr-Nb-Al合金を用い、相構成が応力ヒステリシスに及ぼす影響について調査した。また、応力ヒステリシスの低減と超弾性特性の改善を試み、Zr-Ti-Nb-Sn、Zr-Mo-Sn、Zr-Ta-Sn、Zr-Nb-Al、Zr-Ti-Hf-Nb-Sn合金を新たに設計した。各合金をアルゴンアーク溶解法で作製し、微細組織、結晶構造、マルテンサイト変態温度、超弾性特性を調べた。Zr基合金の超弾性特性は、変態ひずみおよび母相とマルテンサイトの界面構造以外に、ω相および体心正方晶のβ'相の形成が重要な役割をすることが明らかになった。冷却・加熱下でのその場XRD測定により、β相とβ'相の間の変態が可逆的であることがわかった。SEMおよびTEM観察の結果、β'相は負荷により、斜方晶マルテンサイト(α")相へ変態することが分かった。その応力誘起マルテンサイト相の内部に転位組織が観察されることから、β'相はマルテンサイト誘起応力を増大させ、逆変態を阻害することが推察された。その結果、応力ヒステリシスを増大させ、超弾性特性劣化の原因になることが分かった。また、SnおよびAl濃度の増加に伴い、β'相の体積分率が減少し、まばらになることが確認できた。さらに、SnおよびAlは非熱的ω相の抑制にも有効であり、Zr基合金の応力ヒステリシス低減と超弾性特性の改善に有効であることを明らかにした。Zr-Ti-Nb-Sn、Zr-Mo-Sn、Zr-Ta-Sn、Zr-Nb-Al、Zr-Ti-Hf-Nb-Sn合金において応力誘起マルテンサイト変態と形状記憶効果および超弾性の発現が確認できた。Zr-Ti-Nb-Sn合金において、Tiの添加量の大きくなるほどβ'相が減少し、超弾性特性が改善した。Zr-Ti-Hf-Nb-Sn合金は、磁化率がZr-Nb-Sn合金に比べ低く、室温で超弾性を示した。