4次元的損傷分散概念に基づく多機能ヘテロ金属創製原理の創発

本研究では，機械構造物の動的な破壊・破損を抑制するため，構造用金属材料のミクロ組織を周期制御してマクロに損傷を分散させる概念の確立を目的とする．チェーン状に連なる高強度相が低強度相を包み込む構造（3次元周期ヘテロ構造）に制御し，3次元構造における損傷分散の時間的変化を司ることにより，「強さ」と「しなやかさ」を兼ね備えた多機能金属を創製することは重要である．まず粉末冶金技術を駆使し，結晶粒径や元素拡散量の異なる周期ヘテロ構造金属（オーステナイト系ステンレス鋼，チタン合金，工業用純チタン）の創製に成功した．また，「高強度相が低強度相を包み込む」周期ヘテロ構造金属の特異な力学特性の解明には，各相の局所的な力学特性を把握することが必要である．そこで，稜間角の異なる複数の圧子を用いたインデンテーション法（二圧子法）によって，周期ヘテロ構造金属内の各相の局所的な応力-ひずみ関係を実験的に同定し，各相の降伏強度を定量化した．また，周期ヘテロ構造金属の損傷メカニズムに関する知見も得た．具体的には，放射光回折コントラストトモグラフィ(Diffraction contrast tomography: DCT)を用いて，まずは準静的な応力を負荷した際のヘテロ構造金属におけるミスオリエンテーション変化挙動を評価した．高輝度放射光を用いてヘテロ構造金属のミスオリエンテーション変化の負荷応力依存性を調べた結果，マクロな降伏応力より高い応力域においてネットワーク状の周期高強度相への損傷集中という特異な現象が生じ，粗大結晶粒組織の損傷が抑制されることを明らかにした．さらに，疲労き裂進展シミュレーションも行い，高強度相の形成割合が周期ヘテロ構造金属の疲労特性に及ぼす影響についても明らかにした．

本研究では，機械構造物の動的な破壊・破損を抑制するため，構造用金属材料のミクロ組織を周期制御してマクロに損傷を分散させる概念の確立を目的とする．チェーン状に連なる高強度相が低強度相を包み込む構造（3次元周期ヘテロ構造）に制御し，3次元構造における損傷分散の時間的変化を司ることにより，「強さ」と「しなやかさ」を兼ね備えた多機能金属を創製することは重要である．まず粉末冶金技術を駆使し，結晶粒径や元素拡散量の異なる周期ヘテロ構造金属（オーステナイト系ステンレス鋼，チタン合金，工業用純チタン）の創製に成功した．また，「高強度相が低強度相を包み込む」周期ヘテロ構造金属の特異な力学特性の解明には，各相の局所的な力学特性を把握することが必要である．そこで，稜間角の異なる複数の圧子を用いたインデンテーション法（二圧子法）によって，周期ヘテロ構造金属内の各相の局所的な応力-ひずみ関係を実験的に同定し，各相の降伏強度を定量化した．また，周期ヘテロ構造金属の損傷メカニズムに関する知見も得た．具体的には，放射光回折コントラストトモグラフィ(Diffraction contrast tomography: DCT)を用いて，まずは準静的な応力を負荷した際のヘテロ構造金属におけるミスオリエンテーション変化挙動を評価した．高輝度放射光を用いてヘテロ構造金属のミスオリエンテーション変化の負荷応力依存性を調べた結果，マクロな降伏応力より高い応力域においてネットワーク状の周期高強度相への損傷集中という特異な現象が生じ，粗大結晶粒組織の損傷が抑制されることを明らかにした．さらに，疲労き裂進展シミュレーションも行い，高強度相の形成割合が周期ヘテロ構造金属の疲労特性に及ぼす影響についても明らかにした．