液相分散型超塑性材料の組織安定性に関する研究

一般に、固液2相組織は、液相が固相の結晶粒界をフィルム状に覆うため、著しく脆いことが知られている。最近、少量の液相Biを分散させたAl-Bi合金は、脆化しないばかりか、超塑性を示すことが小池らにより報告された。本合金系で脆化しない理由は、現在のところ明らかではないが、Al-Bi系が典型的な偏晶型状態図を示し粒界と液相Biとの濡れ性が極めて悪く、液相Biが粒界上に粒子状に存在することが大きく関与していると考えられる。本研究では、このような特徴的な液相分散組織を有する、Al-Bi合金の粒界移動と結晶粒成長の挙動を明らかにすることを目的とする。数vol%程度の液相Biを有する合金を高周波溶解した後、50%の冷間加工を行い、500℃で再結晶及び粒成長処理を行った。適当な時間の熱処理後、氷水中焼き入れし、Biの分散状態についてはSEMで、また結晶粒界組織については電界腐食後、光学顕微鏡により観察した。組織観察の結果、以下の点が明かとなった。 (1)結晶粒内のBi粒子については、熱処理時間が経過しても分布やサイズに殆ど明瞭な変化が見られない。 (2)結晶粒界の移動により、Bi粒子は粒界に吸収され、粒界上での"オストワルド成長"により、粗大な粒界析出粒子を形成する。 (3)粒界のBi粒子は、粒界と共に移動する。本研究では、今回の結果を説明するものとして、液相粒子中のAl原子の拡散を仮定した液相粒子の移動モデルを導いた。これより、液相粒子の移動速度vは、液相粒子中の溶質元素(Al)の拡散係数に比例し、液相粒子径に反比例する事が示された。

一般に、固液2相組織は、液相が固相の結晶粒界をフィルム状に覆うため、著しく脆いことが知られている。最近、少量の液相Biを分散させたAl-Bi合金は、脆化しないばかりか、超塑性を示すことが小池らにより報告された。本合金系で脆化しない理由は、現在のところ明らかではないが、Al-Bi系が典型的な偏晶型状態図を示し粒界と液相Biとの濡れ性が極めて悪く、液相Biが粒界上に粒子状に存在することが大きく関与していると考えられる。本研究では、このような特徴的な液相分散組織を有する、Al-Bi合金の粒界移動と結晶粒成長の挙動を明らかにすることを目的とする。数vol%程度の液相Biを有する合金を高周波溶解した後、50%の冷間加工を行い、500℃で再結晶及び粒成長処理を行った。適当な時間の熱処理後、氷水中焼き入れし、Biの分散状態についてはSEMで、また結晶粒界組織については電界腐食後、光学顕微鏡により観察した。組織観察の結果、以下の点が明かとなった。 (1)結晶粒内のBi粒子については、熱処理時間が経過しても分布やサイズに殆ど明瞭な変化が見られない。 (2)結晶粒界の移動により、Bi粒子は粒界に吸収され、粒界上での"オストワルド成長"により、粗大な粒界析出粒子を形成する。 (3)粒界のBi粒子は、粒界と共に移動する。本研究では、今回の結果を説明するものとして、液相粒子中のAl原子の拡散を仮定した液相粒子の移動モデルを導いた。これより、液相粒子の移動速度vは、液相粒子中の溶質元素(Al)の拡散係数に比例し、液相粒子径に反比例する事が示された。