固相状態のみならず凝固中の固液2相状態での合金の力学挙動も表現可能な構成式の開発

本研究の目的は固液共存温度域における合金の力学特性の支配因子を明らかにし、得られた知見から固相状態のみならず、凝固中の固液2相状態での力学挙動をも統一的に表現可能な構成式を開発することである。本年度は、高周波誘導加熱方式の半凝固引張試験装置を用いてCu-Sn合金を対象として、固液共存温度域における引張試験を行い、固液共存温度域における力学特性を明らかにした。事前に熱力学計算ソフトウェアによりScheilモデルを用いた凝固計算により、Cu-Sn合金の温度-固相率の関係を明らかにした。得られた温度-固相率の計算データから固相率0.3～0.95の範囲となるように引張温度の設定を行った。引張試験の結果から、おおよそ固相率0.5から強度を生じ始め、固相率0.70から強度が急激に立ち上がり始めることが分かった。固相率0.60、0.90で試験を行った試験片について走査型電子顕微鏡(SEM)による破面観察を行った。固相率0.60の破面は破面全体にデンドライトが観察され、デンドライト間に存在する液膜内で破断したと推測された。一方、固相率0.90の場合は、デンドライト同士が剥離したような様子が観察され、部分的に固着したデンドライト間で割れを生じたと推測された。本試験で得られた半凝固状態のCu-Sn合金の引張強さと、従前の研究で報告のあった半凝固状態のAl-Mg-Si合金の引張強さとの比較も行い、異なる合金でも固相率が同じであれば強度も同様の値となるかどうか、についても検討も行った。比較の結果、Cu-Sn合金の方がより低い固相率から強度を生じ始め、また、同じ固相率においてもCu-Sn合金の方がAl-Mg-Si合金より高い引張強さを有することが分かった。この結果は、同じ固相率であっても、合金が異なれば強度も異なることを示しており、両合金の凝固組織の差が原因であると考えられた。

本研究の目的は固液共存温度域における合金の力学特性の支配因子を明らかにし、得られた知見から固相状態のみならず、凝固中の固液2相状態での力学挙動をも統一的に表現可能な構成式を開発することである。本年度は、高周波誘導加熱方式の半凝固引張試験装置を用いてCu-Sn合金を対象として、固液共存温度域における引張試験を行い、固液共存温度域における力学特性を明らかにした。事前に熱力学計算ソフトウェアによりScheilモデルを用いた凝固計算により、Cu-Sn合金の温度-固相率の関係を明らかにした。得られた温度-固相率の計算データから固相率0.3～0.95の範囲となるように引張温度の設定を行った。引張試験の結果から、おおよそ固相率0.5から強度を生じ始め、固相率0.70から強度が急激に立ち上がり始めることが分かった。固相率0.60、0.90で試験を行った試験片について走査型電子顕微鏡(SEM)による破面観察を行った。固相率0.60の破面は破面全体にデンドライトが観察され、デンドライト間に存在する液膜内で破断したと推測された。一方、固相率0.90の場合は、デンドライト同士が剥離したような様子が観察され、部分的に固着したデンドライト間で割れを生じたと推測された。本試験で得られた半凝固状態のCu-Sn合金の引張強さと、従前の研究で報告のあった半凝固状態のAl-Mg-Si合金の引張強さとの比較も行い、異なる合金でも固相率が同じであれば強度も同様の値となるかどうか、についても検討も行った。比較の結果、Cu-Sn合金の方がより低い固相率から強度を生じ始め、また、同じ固相率においてもCu-Sn合金の方がAl-Mg-Si合金より高い引張強さを有することが分かった。この結果は、同じ固相率であっても、合金が異なれば強度も異なることを示しており、両合金の凝固組織の差が原因であると考えられた。