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。

根据研究计划，进行了以下两个案例。创建二元散装材料及其微观结构观察：二元稀释毫克合金被重力铸造融化，靶向溶解在mg中的元素（Al，SN，Y，Zn等）。调节治疗后，通过温暖的挤压产生了底部质地和晶粒尺寸为15-20UM的散布材料。在室温下引入约几％的压缩应变后，将每种扩展的散装材料在150°C下进行热处理2-4小时，以将溶质元件分离为双界面。使用EBSD和TEM观察到每种热处理材料的精细结构，发现溶质元件在双界面处被隔离，而不管添加的元素类型如何。还可以证实，如果热处理条件在上述条件下，则不会使谷物磨损或质地削弱，并且可以保持宏观的微观结构方面。超晶温度的基本表征：我们研究了极低低温温度下的机械反应和断裂行为：77K，具有三种类型的通用MG合金（MG-AL-ZN：AZ31合金）挤出材料，具有不同的晶粒尺寸（最多3 UM，最多15 UM，最多40 UM）。已经证实，随着晶粒尺寸的改进，极度低温的强度会提高，并且强度比室温强度高出50％以上。变形机理和断裂形状也受晶体晶粒尺寸的影响，粗颗粒和中间颗粒形成了高密度的变形双胞胎，形成了裂缝的起点，并且都表现出脆性断裂表面。另一方面，已经调查了在细颗粒中，即使在极度低温的环境中，非基本位错也有效，并且这些脱位运动抑制了形成双胞胎的形成。与室温塑料响应类似，该结果表明，细晶粒尺寸可有效提高温度下的强度和脆性。