高速超塑性アルミニウム合金基複合材料における空洞形成メカニズムの研究

自動車や航空機等の構造用材料として種々の金属基複合材料の研究が進んでいるが、最近、ひずみ速度が1×10^<-2>S^<-1>以上を示す高速超塑性複合材料が報告され注目されている。この複合材料は20%もの強化材粒子を含むにもかかわらず500%以上の伸びを示すので、その変形機構に学問的興味が集まっている。変形機構に関しては、高速超塑性アルミニウム基複合材料の界面や結晶粒界の一部が、マトリックスの固相線温度以下で局所的に融解し、粒界すべりに必要な調整機構を助けているという全く新しいモデルが示されている。また、変形機構とともに重要な問題として空洞問題がある。金属超塑性材料における空洞は粒界三重点や粒界レッジおよび粒界にある第二相粒子で発生し、塑性変形とともに成長していくことが知られている。複合材料では空洞の発生場所となる強化材料粒子が多いため金属超塑性材料よりなるはるかに多い空洞が発生するものと考えられ勝ちである。しかし、今年度の重点領域でのわれわれの研究から、空洞のレベルは金属超塑性材料と比べて、ひずみの大きいところでは極めて少ないことが明らかになった。この原因は、成形中に形成される微量の液相による、応力集中の緩和機構に密接に関係していることがわかった。すなわち、液相による応力緩和が起こると、拡散支配成長速度が塑性支配成長速度より低いところまで低下し、そのため、核発生後の半径0.2μm程度の小さい空洞の成長がきわめて遅くなること、また、変形中の応力集中緩和により、連続的な空洞の核発生が起こりにくく、空洞数がほとんど増加しないことなどが明かとなった。

自動車や航空機等の構造用材料として種々の金属基複合材料の研究が進んでいるが、最近、ひずみ速度が1×10^<-2>S^<-1>以上を示す高速超塑性複合材料が報告され注目されている。この複合材料は20%もの強化材粒子を含むにもかかわらず500%以上の伸びを示すので、その変形機構に学問的興味が集まっている。変形機構に関しては、高速超塑性アルミニウム基複合材料の界面や結晶粒界の一部が、マトリックスの固相線温度以下で局所的に融解し、粒界すべりに必要な調整機構を助けているという全く新しいモデルが示されている。また、変形機構とともに重要な問題として空洞問題がある。金属超塑性材料における空洞は粒界三重点や粒界レッジおよび粒界にある第二相粒子で発生し、塑性変形とともに成長していくことが知られている。複合材料では空洞の発生場所となる強化材料粒子が多いため金属超塑性材料よりなるはるかに多い空洞が発生するものと考えられ勝ちである。しかし、今年度の重点領域でのわれわれの研究から、空洞のレベルは金属超塑性材料と比べて、ひずみの大きいところでは極めて少ないことが明らかになった。この原因は、成形中に形成される微量の液相による、応力集中の緩和機構に密接に関係していることがわかった。すなわち、液相による応力緩和が起こると、拡散支配成長速度が塑性支配成長速度より低いところまで低下し、そのため、核発生後の半径0.2μm程度の小さい空洞の成長がきわめて遅くなること、また、変形中の応力集中緩和により、連続的な空洞の核発生が起こりにくく、空洞数がほとんど増加しないことなどが明かとなった。