高温時における金属材料の粘弾性挙動の解明(高速変形および内部減衰の測定)

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本研究では,倒立ねじり振子および赤外線イメージ炉等を用いて,金属材料の変形速度・温度を変化させた内部摩擦の測定を行い,その粘弾性挙動の解明を試みた。金属の場合,内部摩擦は転位の動きが大きく関係していると考えられる。転位がすべり面に沿って動くためには,パイエルス力を超える力が必要である。一般に,構造の違いから,面心立方格子(FCC)は体心立方格子(BCC),六方稠密構造に比べてパイエルス力が小さい。そのため体心立方格子の減衰率は面心立方格子のそれよりも大きくなると考えられる。室温における鉄系の材料では,体心立方格子である純鉄,S45Cの本研究で得られた減衰率は,面心立方格子であるSUS304のそれよりも大きい値を示した。純鉄,S45Cに注目すると,温度上昇とともに"BCC→FCC→BCC"と変態することが知られている。本研究の測定温度範囲では"BCC→FCC"の変態が関連する。なお純鉄にも微量の不純物が含まれており,変態温度を下げる働きをする。実験では,変態が始まる前から急激に減衰率の増加が始まり,その後ピークをとりさらに急激に増加した。変態したと思われる温度を超えると減衰率が急激に上昇するというのは,面心構造になりパイエルス力が小さくなって転位が動きやすくなったためと考えられる。またパイエルスカは障害となるエネルギーの波長が短い抵抗なので,この機構は温度の影響が大である。すなわち,今回実験した純鉄,S45Cでは転位の移動に対してパイエルス力が支配的であることが予測される。これに対して,面心立方格子であるA6063や六方稠密構造であるMg合金の減衰率の特性は,パイエルス力だけでは説明しきれない。Al,Mg合金では添加された合金元素や析出相の影響で転位の移動が妨げられていると考えられる。