二次元モデル材料による超塑性変形機構の解明と実用材料への展開

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超塑性変形を支配する粒界すべり，緩和機構，動的組織形成について，以下の3点を明らかにし，学術的かつ実用的に重要な諸現象の素過程を理解した。(1) 領域IIIでの転位緩和を伴う粒界すべりと連続動的再結晶：粒界すべりと転位運動が重畳して生じる領域IIIで，粒界すべりに伴う転位運動が，粒界近傍の「マントル」だけではなく，粒中心部の「コア」にまで侵入し，塑性緩和と動的組織形成を担うことを，二次元モデル材料であるODS (酸化物分散強化型) フェライト鋼において明らかにした。また，本メカニズムを超塑性Al-Mg-Mn合金へと展開し，実用的に注目を集めている「高速温間成型」に，粒界すべりによる高延性と，連続動的再結晶による高強度化が応用できる可能性を示した。(2) 領域IIでの拡散緩和を伴う粒界すべり：低応力・低ひずみ速度の領域IIでは，粒界すべりによる結晶粒の相対移動を緩和するため，拡散が働き，局所的な圧縮応力が働く粒界から，局所的な引張応力が働く粒界への物質移動が生じていることを，二次元モデル材料で明らかにした。この体積移動を支配するのは，結晶粒の剛体移動 (Rachinger粒界すべり) に引き起こされるミクロな内部応力であり，マクロな主応力に支配される古典的な拡散クリープとは明確に分離できることを示した。(3) 領域IIでの異方的変形誘起粒成長：超塑性Al-Mg-Mn合金における変形機構，動的組織形成を観察し，「異方的変形誘起粒成長」が，粒界すべりと結晶粒回転によって生じており，結晶粒の巨大な延伸にも関わらず，転位運動の寄与がほとんど見られないことを示した。また，超塑性変形後のミクロ組織は，等軸型と伸長型のバイモーダルな結晶粒からなることから，粒界すべりと結晶粒回転に基づく確率的な結晶粒合体メカニズムが粒成長を担うことを提言した。