超微細多相組織を有する超塑性材料の組織安定性に関する研究

超塑性特性の発現手法の一つとして結晶粒の微細化が挙げられるが,高温下で微細な組織を維持するためには,分散粒子や第2相を利用して結晶粒成長を抑制する必要がある.これまで,粒子分散組織における結晶粒成長の遅滞は,Zenerの式により検討されてきたが,組織形態が大きく異なる2相混合組織や,さらに多相化した3相組織における結晶粒径を予測するには,より詳細な解析を必要とする.本研究では,それぞれの組織の特徴を考慮した結晶粒径の相関式を導出することを目的にして,2相混合組織は,α+γ2相鋼,α+γ2相ステンレス鋼,α+γCu-Zn系2相合金およびα+βCu-Al系2相合金を,また,3相組織はα+β+VCu-Al-V系3相合金に関する実験を行い,また,それぞれの組織について計算機シミュレーションを行い相関式の妥当性を検証した.(1)2相混合組織分散組織における結晶粒成長の抑制効果については,Zenerによりピン止め力が評価されて以来,多くの研究が行われているが,本研究グループも分散粒子のピン止めによる粒界のたわみを見積もり,相関式R=4r/3f^<2/3>を導出した.一方,2相混合組織は,分散組織とは全く異なる組織形態を有するため,Zener流の解析の適用には限界がある.α+β2相混合組織における粒界の面積S=3(f_α/R_α+f_β/R_β)/2が,結晶粒のサイズを表すパラメータR=R_α+R_βが一定の条件で,最小になるような粒径の関係をラグランジェの未定係数法により求め,相関式R_α・f_α^<-1/2>=R_β・f_β^<-1/2>を導いた。この式は,2相混合組識における主相と副相の粒径相関式を示すが,実験およびシミュレーションの結果をよく再現している.(2)3相組織2相混合組織における粒径の相関式は,副相の分率に関わらず成立するが,第3相としてV粒子が分散している場合には,主相の粒径は上式により表される副相による拘束とともに,分散粒子によるピン止めの影響を受けるため,両方の効果を考慮する必要がある.副相の分率が十分大きい場合には,主相の粒径は2相混合組織の相関式で表されるが,副相の分率が小さく,さらに,分散粒子によるピン止めが大きい場合には分散組織の相関式によって母相の粒径が定まることが実験により明らかになった.

超塑性特性の発現手法の一つとして結晶粒の微細化が挙げられるが,高温下で微細な組織を維持するためには,分散粒子や第2相を利用して結晶粒成長を抑制する必要がある.これまで,粒子分散組織における結晶粒成長の遅滞は,Zenerの式により検討されてきたが,組織形態が大きく異なる2相混合組織や,さらに多相化した3相組織における結晶粒径を予測するには,より詳細な解析を必要とする.本研究では,それぞれの組織の特徴を考慮した結晶粒径の相関式を導出することを目的にして,2相混合組織は,α+γ2相鋼,α+γ2相ステンレス鋼,α+γCu-Zn系2相合金およびα+βCu-Al系2相合金を,また,3相組織はα+β+VCu-Al-V系3相合金に関する実験を行い,また,それぞれの組織について計算機シミュレーションを行い相関式の妥当性を検証した.(1)2相混合組織分散組織における結晶粒成長の抑制効果については,Zenerによりピン止め力が評価されて以来,多くの研究が行われているが,本研究グループも分散粒子のピン止めによる粒界のたわみを見積もり,相関式R=4r/3f^<2/3>を導出した.一方,2相混合組織は,分散組織とは全く異なる組織形態を有するため,Zener流の解析の適用には限界がある.α+β2相混合組織における粒界の面積S=3(f_α/R_α+f_β/R_β)/2が,結晶粒のサイズを表すパラメータR=R_α+R_βが一定の条件で,最小になるような粒径の関係をラグランジェの未定係数法により求め,相関式R_α・f_α^<-1/2>=R_β・f_β^<-1/2>を導いた。この式は,2相混合組識における主相と副相の粒径相関式を示すが,実験およびシミュレーションの結果をよく再現している.(2)3相組織2相混合組織における粒径の相関式は,副相の分率に関わらず成立するが,第3相としてV粒子が分散している場合には,主相の粒径は上式により表される副相による拘束とともに,分散粒子によるピン止めの影響を受けるため,両方の効果を考慮する必要がある.副相の分率が十分大きい場合には,主相の粒径は2相混合組織の相関式で表されるが,副相の分率が小さく,さらに,分散粒子によるピン止めが大きい場合には分散組織の相関式によって母相の粒径が定まることが実験により明らかになった.