圧力制御による超高強度アルミニウム合金の開発

压力控制超高强度铝合金的开发

• 批准号: 19J01767
• 负责人: 増田 高大
• 金额: $ 3.08万
• 依托单位: Yokohama National University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2019
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2019-04-25 至 2022-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-19J01767/
• 关键词: アルミニウム合金; 固溶強化; 時効析出; 高圧力; 巨大ひずみ加工; 析出強化; 圧力制御; 固溶限拡大; 結晶粒微細化

前年度までに、Al-Cu系合金にて固溶量を11.5%に増大でき、固溶強化と析出強化により最大で206 HVに高強度化できることを示した。今年度は、高圧ねじり（HPT）加工を用いた結晶粒微細化により、さらなる高強度化を試みた。HPT加工は、直径2 mmの試料においてもひずみを効果的に導入するため、リング状の真鍮材料に試料を埋め込んだ状態で実施した。これにより、10回転の加工で最大30の相当ひずみを導入可能となった。その結果、硬さは試料外周部で227 HVとなり、結晶粒微細化により大幅な強度向上が達成できた。かつ相当ひずみ10以上の導入で、定常状態となることが明らかとなった。その後80℃で時効を行うことで、硬さはさらに向上し最大で235 HVとなった。これらはいずれもAl-4%Cu材にHPT加工を施した際の強度を上回っており、固溶量増大で一層の高強度化に繋がることが明らかとなった。しかし、時効硬化量に着目すると、固溶量を増大した効果はみられず8 HV程度であった。これは時効中に析出物形成ではなく粒界偏析が促進されたためと考えられる。すなわち、Al-Cu系では偏析元素はAlよりも原子半径の小さなCuのみであるため、小角粒界の応力場を効果的に緩和出来ず、高強度化にあまり寄与しなかったことが示唆された。また引張試験は、微小電子機械システム(MEMS)を用いたマイクロ引張試験により行った。これにより、高圧下における固溶量増大とHPT加工の併用で、引張強度も710 MPaに高強度化できることが明らかとなった。

到上一年，使用Al-Cu合金可以将实心溶液量增加到11.5％，并且表明，通过固体溶液加强和降水加强，强度可以提高到206 HV。今年，我们试图通过使用高压扭转（HPT）加工来实现晶粒来进一步提高强度。 HPT加工是在样品中嵌入环形黄铜材料中的状态，即使在直径为2 mm的样品中，也可以有效地引入应变。这使得最多可以通过10次革命加工引入30次等效应变。结果，样品外围外围的硬度为227 hv，晶粒尺寸在很大程度上减小，从而显着提高了强度。此外，已经揭示了引入10或更多的显着菌株将导致稳定状态。之后，通过在80°C下衰老进一步提高了硬度，最大值235 hv。当将HPT应用于Al-4％CU材料时，所有这些材料都超过了强度，并且已经发现固体溶解度的增加会导致更高的强度。但是，当专注于年龄硬化的量时，没有增加固体溶液量的影响，并且约为8 hv。这被认为是因为晶界分离是加速的，而不是衰老过程中的沉淀形成。换句话说，在Al-Cu系统中，隔离元件仅是Cu，其原子半径比Al较小，因此建议在小角度晶界处的应力场无法有效放松，并且对增加强度的贡献不大。还使用微机电系统（MEMS）通过微渗透测试进行了拉伸测试。这表明，通过使用在高压和HPT加工下增加固体溶液量的组合，也可以将拉伸强度提高到710 MPa。

项目成果

時効硬化型アルミニウム合金の固溶量と析出挙動に及ぼす高圧力の影響とその場解析

高压对时效硬化铝合金固溶度和析出行为的影响及原位分析

• 发表时间: 2020
• 作者: 増田高大;廣澤渉一;美藤正樹;堀田善治;新名亨;入舩徹男;肥後祐司;丹下慶範;大石泰生
• 通讯作者: 大石泰生

Al-Cu合金の高圧下における固溶過程のその場観察と固溶限拡大を活用した高強度化

Al-Cu合金高压固溶过程的原位观察及利用固溶极限扩展提高强度

• 发表时间: 2021
• 作者: 増田 高大;廣澤 渉一;堀田 善治;新名 亨;入舩 徹男;肥後 祐司; 丹下 慶範;大石 泰生
• 通讯作者: 大石 泰生

Mechanical properties and electrical conductivity of ultrafine-grained aluminum consolidated by high-pressure sliding

高压滑动固结超细晶铝的力学性能和电导率

• DOI: 10.1016/j.mtla.2020.100916
• 发表时间: 2020
• 期刊: Materialia
• 影响因子: 3.4
• 作者: Tang Yongpeng;Komatsu Takuya;Masuda Takahiro;Arita Makoto;Takizawa Yoichi;Yumoto Manabu;Otagiri Yoshiharu;Horita Zenji
• 通讯作者: Horita Zenji

超高強度アルミニウム合金の開発を目指して

致力于开发超高强度铝合金

• 发表时间: 2019
• 作者: 増田 高大、Xavier Sauvage;堀田 善治
• 通讯作者: 堀田 善治

Effects of Grain Refinement and Predeformation Impact by Severe Plastic Deformation on Creep in P92 Martensitic Steel

剧烈塑性变形的晶粒细化和预变形影响对 P92 马氏体钢蠕变的影响

• DOI: 10.1002/adem.201900448
• 发表时间: 2019
• 期刊: Advanced Engineering Materials
• 影响因子: 3.6
• 作者: Sklenicka Vaclav;Kral Petr;Dvorak Jiri;Takizawa Yoichi;Masuda Takahiro;Horita Zenji;Kucharova Kveta;Kvapilova Marie;Svobodova Marie
• 通讯作者: Svobodova Marie