摩擦攪拌による軽金属材料のミクロ組織と諸特性の制御

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摩擦撹拌処理(FSP)は、金属材料に微細な結晶粒組織をもたらすばかりでなく、組織の均質化も可能な新しい加工法として知られる。これまで、Al合金やMg合金にFSPを適用することにより微細結晶粒を得て、材料の力学特性向上、超塑性特性の発現に関する研究が数多く行われてきた。これらはいずれも、優れた力学特性や超塑性特性を達成するFSP条件をトライ・アンド・エラーにより見つけ出すものであり、また、材料科学的視点に立った検討も極めて少ない。本研究では、Al合金、Mg合金およびTi合金等の軽金属材料のFSP過程における組織成形機構とFSP部の組織と諸特性の定量的関連性を解明することにより、これまで以上に高い汎用性のもと、望まれるミクロ組織と特性を意図的に作り出すことができる制御法を確立することを目的としている。今年度は、純Ti,Mg合金およびAl合金のFSP過程における結晶粒組織および集合組織の形成機構の解明に従事した。純Tiにおいては、微細結晶粒組織形成が攪拌過程における連続再結晶と不連続再結晶の混合メカニズムにより生じていることを示した。Mg合金とAl合金においては、FSPツール強制冷却法を用いて結晶粒組織と集合組織形成機構について調べ、微細結晶粒は幾何学的動的再結晶と不連続再結晶により形成することを示した。集合組織は、ツール表面に平行な単純せん断変形により特徴付けられることを明らかにした。さらに、Al合金攪拌部の後熱処理により生じる異常粒成長機構に関しても検討し、攪拌部の諸特性を劣化させる異常粒成長を防ぐ摩擦攪拌条件等に関する知見を得た。また、純TiおよびTi合金攪拌部の力学特性と形成組織との関係を調べた。以上の結果から、攪拌過程での組織形成を制御することで、各種軽金属材料に望まれる組織と特性を作り出すための有る程度の指針を得ることができた。