階層的マルチモーダル微細組織制御によるマグネシウム合金の強靭性化

通过分级多模态微观结构控制强化镁合金

• 批准号: 21J13431
• 负责人: 西本 宗矢
• 金额: $ 0.96万
• 依托单位: Kumamoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-28 至 2023-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21J13431/
• 关键词: マグネシウム合金; 長周期積層構造; 急速凝固; 超微細粒; 不均一組織; 構造材料; 破壊靭性; 長周期積層構造相; ナノ結晶; 合金設計; マルチモーダル組織; マグネシウム合金; 長周期積層構造; 急速凝固; 超微細粒; 不均一組織; 構造材料; 破壊靭性; 長周期積層構造相; ナノ結晶; 合金設計; マルチモーダル組織

Mg合金は、その軽量性からAl合金に代わる軽量構造材料として注目されている。その中でLPSO型Mg-Zn-Y系急冷合金は高強度と高耐食性を有することから、航空機の本体構造部材への適用が期待されている。本研究では、Mg-Zn-Y系急冷合金の強靭化とそのメカニズムの解明を目的に、Mg-Zn-Y系急冷合金の急冷条件、熱処理条件、押出条件といった合金製造プロセス条件ならびに合金組成の探査を行い、その引張特性および破壊靭性特性を評価した。その結果、特に急冷時の冷却速度と押出前熱処理により、結晶粒度分布、転位密度分布、結晶方位および第二相であるLPSO相の形態といったマルチモーダル組織因子を効果的に制御することができ、高強度・高破壊靭性を発現する合金を開発することができた。破壊靭性の改善には、強度、延性、加工硬化能の両立とき裂偏向の促進が有効であり、これらの挙動に影響を及ぼす結晶粒度分布、転位密度分布、LPSO相の形態といった複数の組織因子が明らかとなった。α-Mg相領域においては、転位密度の高い①加工粒および②超微細再結晶粒、転位密度の低い③微細再結晶の三つの領域を形成させることが強度、加工硬化能、延性の両立に有効であることが明らかとなった。また、LPSO相領域においては、LPSO相の形態がプレート状からブロック状に変化することで、二次き裂やマイクロクラックの形成が促進され、破壊靭性が改善されることが明らかとなった。マルチモーダル組織の形成は、押出固化成形前の急冷薄帯の組織が大きく影響を及ぼすことから、強靭化のためのマルチモーダル組織制御には急冷薄帯における初期組織の制御が重要であることがわかった。

由于其重量轻，MG合金吸引了人们的注意，作为一种取代AL合金的轻质结构材料。其中，LPSO型MG-ZN-Y淬灭合金具有高强度和较高的耐腐蚀性，预计将应用于飞机的身体结构构件。在这项研究中，为了阐明MG-ZN-Y淬灭合金的韧性并阐明机制，我们研究了合金制造过程条件，例如淬火条件，热处理条件和挤压条件以及合金组成，并评估了张力和骨折韧性。结果，有可能有效控制多峰结构因子，例如晶体晶粒尺寸分布，位错密度分布，第二阶段，LPSO相的晶体取向和形态，尤其是在挤出前的淬火和热处理过程中的冷却速率，以及开发出具有高强度和高骨折韧性的合金。为了改善断裂韧性，在达到强度，延展性和工作硬化能力的同时以及多种组织因素（例如晶粒尺寸分布，脱位密度分布和LPSO相位形态）既有有效的有效，又显示了影响这些行为的LPSO相。在α-MG相区域中，已经揭示了形成三个区域，1）脱位密度高的处理晶粒，2）超脱位密度的超铁晶粒重结晶晶粒，3）脱位率较低，脱位密度低，可以有效地实现强度，强度，工作硬化能力和卫生能力。此外，已经揭示了在LPSO相区域，LPSO相的形态从板状变为块状形状，从而促进了次级裂纹和微裂纹的形成，从而改善了断裂韧性。由于在挤出固化成型之前的淬灭细条的结构对多模式结构的形成具有重大影响，因此已经发现，控制淬灭细长条中的初始组织对于多模式组织的弹性控制很重要。