高濃度酸素含有チタン積層造形体の高強度・高延性化に資する特異な組織形成機構の解明

本研究では，これまで「負の材料因子」とされた酸素成分を多量に含むチタン積層造形体における高強度・高延性の両立を目指す．具体的には，金属積層造形法の一つである選択的レーザ溶融法（SLM）により作製した高濃度酸素含有チタン材を対象に，チタン粉末の超急速溶融・冷却凝固過程で形成される特異な組織形態（針状 α/α’マルテンサイト相）と結晶配向性および固溶酸素の分布状態に関する詳細な解析を通じて，これらの特異な結晶集合組織の形成挙動と力学特性の相関解明を目的としている．本年度は，酸素固溶量をパラメータとして異なる結晶サイズからなるTi-O系造形試料を作製して引張試験を実施し，その力学特性評価を行った．その結果，酸素含有量が0.67 wt.%まで増加した場合でも20 %近い破断伸び値を維持しつつ，引張強さは純Ti材と比較して約600 MPa増大した．このような強度向上要因の一つとして酸素固溶強化が考えられる．また，酸素成分の均一固溶によって延性低下を抑制したと考えられる．そこで，Labuschモデルに基づく固溶強化理論とHall-Petchの経験則より，酸素固溶強化量と結晶粒微細化強化量をそれぞれ算出した結果，0.2 %YS増加量の理論値は引張試験による実験値と非常に近い値を示した．また，結晶粒微細化強化量は基準材に対してほぼ一定であるが，酸素原子による固溶強化量は酸素含有量の増加に伴い増大した．したがって，酸素固溶積層造形Ti材では酸素固溶強化が支配的な強化因子であることを明らかにした．

本研究では，これまで「負の材料因子」とされた酸素成分を多量に含むチタン積層造形体における高強度・高延性の両立を目指す．具体的には，金属積層造形法の一つである選択的レーザ溶融法（SLM）により作製した高濃度酸素含有チタン材を対象に，チタン粉末の超急速溶融・冷却凝固過程で形成される特異な組織形態（針状 α/α’マルテンサイト相）と結晶配向性および固溶酸素の分布状態に関する詳細な解析を通じて，これらの特異な結晶集合組織の形成挙動と力学特性の相関解明を目的としている．本年度は，酸素固溶量をパラメータとして異なる結晶サイズからなるTi-O系造形試料を作製して引張試験を実施し，その力学特性評価を行った．その結果，酸素含有量が0.67 wt.%まで増加した場合でも20 %近い破断伸び値を維持しつつ，引張強さは純Ti材と比較して約600 MPa増大した．このような強度向上要因の一つとして酸素固溶強化が考えられる．また，酸素成分の均一固溶によって延性低下を抑制したと考えられる．そこで，Labuschモデルに基づく固溶強化理論とHall-Petchの経験則より，酸素固溶強化量と結晶粒微細化強化量をそれぞれ算出した結果，0.2 %YS増加量の理論値は引張試験による実験値と非常に近い値を示した．また，結晶粒微細化強化量は基準材に対してほぼ一定であるが，酸素原子による固溶強化量は酸素含有量の増加に伴い増大した．したがって，酸素固溶積層造形Ti材では酸素固溶強化が支配的な強化因子であることを明らかにした．