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双晶界面偏析を活用したマグネシウム合金の極低温強靱化設計

基于孪晶界面偏析的镁合金低温韧化设计

基本信息

批准号：
22K04747
负责人：
染川英俊
金额：
$ 2.66万
依托单位：
National Institute for Materials Science
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K04747/
关键词：
マグネシウム極低温変形双晶力学特性変形機構偏析

项目摘要

研究計画に基づき下記二件について実施した。二元系バルク材の創製とその微細組織観察：Mgに固溶する元素（Al, Sn, Y, Znなど）を対象に、二元系希薄Mg合金を重力鋳造にて溶製した。容体化処理後、温間押出加工によって底面集合組織と結晶粒サイズ：15～20umを制御した展伸バルク材を創製した。各展伸バルク材に対し、室温にて数％程度の圧縮ひずみを導入した後、溶質元素を双晶界面に偏析させるため、150℃にて2～4時間の条件で熱処理を実施した。各熱処理材の微細組織をEBSDとTEMを用いて観察した結果、添加元素の種類に関係なく溶質元素が双晶界面に偏析していることが分かった。また、前記熱処理条件内であれば、結晶粒の粗大化や集合組織の弱化が起こらず、巨視的な微細組織様相が維持できることも確認した。極低温の基礎的特性評価：結晶粒サイズの異なる三種類（～3um, ～15um, ～40um）の汎用Mg合金（Mg-Al-Zn：AZ31合金）押出材を対象に、極低温：77Kにおける力学応答および破壊挙動について調査した。極低温強度は結晶粒サイズ微細化にともない向上し、その強度は室温強度と比較して5割以上高い値を示すことを確認した。変形機構および破壊形態も結晶粒サイズに影響を受け、粗大粒材と中間粒材は、破壊の起点となる変形双晶を高密度に形成し、いずれも脆性破面を呈した。他方、微細粒材では、極低温環境下であっても非底面転位が活動し、これらの転位運動によって変形双晶の形成が抑制されることを究明した。室温塑性応答と同様、結晶粒サイズの微細化が極低温時の高強度化、脆弱化改善に有効であることを示唆する結果である。

The research project is based on the following two items: The binary system is composed of Mg, Sn, Y, Zn and other elements. After the volume treatment, the temperature extrusion process is carried out to prepare the bottom aggregate structure and the crystal grain size: 15~20um. After the introduction of the solution elements, the segregation of the binary interface was carried out under the conditions of 150℃ for 2~4 hours. The microstructure of each heat-treated material was observed by EBSD and TEM. The relationship between the type of additive element and the segregation of the twin-crystal interface was analyzed. In addition, it is confirmed that the crystallization grain coarsening and the weakening of the aggregate structure are maintained in the previous heat treatment conditions. Evaluation of basic characteristics of cryogenic temperature: crystal particles, three types (~ 3 um, ~15um, ~40um) and general use of Mg alloy (Mg-Al-Zn: AZ31 alloy) extrusion material, cryogenic temperature: 77K mechanical response, breaking motion and temperature investigation. Cryogenic strength is determined by the crystallization of fine particles, and the strength is determined by the comparison of room temperature strength with that of high temperature. The shape of the structure is affected by the shape of the crystal grain, the coarse grain, the intermediate grain, the starting point of the crack, the shape of the twin, the formation of the high density, and the brittle crack. Other, fine grain materials, extremely low temperature environment, the formation of non-bottom surface movement, the formation of a double crystal Room temperature plasticity, homogenization, refinement of crystalline particles, improvement of strength and fragility at extremely low temperatures