バルクナノメタルの巨視的強度特性に関する再検討

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今年度は昨年度確立した「時間依存強度」及び「時間非依存強度」の評価手法を用いて，Al，Cu，Feそれぞれの巨大ひずみ加工材の評価を実施した．主な研究実績は以下の通りである．① Al，Cu，Feの全ての材料において，巨大ひずみ加工（ECAP加工を使用）を繰り返すことで結晶粒はサブミクロンオーダーまで微細化する．しかしながら，巨大ひずみ加工により付与する相当ひずみと結晶粒微細化の関係は永久的に継続するわけではなく，一定の相当ひずみを上回ることで粒径の微細化は停滞する．② 巨大ひずみ加工によって付与する相当ひずみに応じて，各材料の応力緩和挙動（応力―緩和時間関係）は大きく変化する．従来の古典的な応力緩和モデルでは，これらの包括的な再現が実施できないことから新たな応力緩和モデルを提案した．③ 巨大ひずみ加工によって極限まで結晶粒が微細化された材料において，一般的なひずみ速度（0.01 /s）の単軸引張試験から得られる0.2%耐力を占める時間非依存強度の割合は，Alで約20%，Cuで約40%，Feでは約70%であった．材料の違いに応じて0.2%耐力を占める時間依存強度と時間非依存強度の割合は大きく変化する．④ ③の材料に対して低温焼鈍を施すことで0.2%耐力は僅かに低下した．しかしながら，0.2%耐力を占める時間非依存強度の割合は，Alで約75%，Feで約95%まで改善したがCuでは変化が見られなかった．⑤ 従来，巨大ひずみ加工金属材料は，構造材料への適用を視野に多くの研究がなされてきており，材料強度の評価は時間非依存強度を想定していたものが大半であったと考えられる．今年度の研究により，巨大ひずみ加工は金属材料に対してひずみ速度依存性を付与し，時間依存強度の増加をもたらすことを明らかにした．さらに，一部の材料（Al，Cu）ではその影響がより顕著になることを示唆した．