超塑性複合材料における応力と組織学的因子の動的相関の解明

阐明超塑性复合材料中应力与微观结构因素之间的动态相关性

基本信息

批准号：
18K14022
负责人：
徳永透子
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Hokkaido University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
财政年份：
2018
资助国家：
日本
起止时间：
2018-04-01 至 2020-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では、超塑性／非超塑性の組み合わせの複合材料において、超塑性変形中の粒界近傍における応力状態と粒界を構成する個々の結晶粒の組織学的因子（結晶粒径、形態、方位）の動的相関を明らかにすることを試みた。具体的に本研究では超塑性材料としてAZ80 Mg合金、非超塑性材料として純Alを用いている。当初の計画では、超塑性変形の変形挙動を明らかにするために、有限要素法解析とCellular Automatonを用いた組織形成のシミュレーションを行う予定であったが、モデルの作成に難航している。そこで、本年度は温度とひずみ速度を多様に変化させて、引張試験を行うことで、超塑性変形のメカニズムを考察した。まずは変形メカニズムを考察するためのm値と変形の活性化エネルギーを求めた。温度は150～300℃、ひずみ速度は1×10-1～5×10-4 s-1と変化させた。また、純Al被覆の変形挙動に着目し、純Alのみの引張試験も同条件で行った。単独での変形挙動と複合化した際の様々な条件下での変形挙動を定量的に比較することで、超塑性材であるMg合金基材が非超塑性材であるAl被覆に及ぼす影響を明らかにすることを狙った。Mg合金／Alの複合材料のm値は200、250、300℃の時にそれぞれ0.24、0.30、0.33であった。一般的な超塑性材料のm値は0.3以上であるため、本複合材料は250℃以上で超塑性的な変形をしたといえる。また、活性化エネルギーはひずみ速度5×10-4 s-1の条件で200、250、300℃の時それぞれ125、100、90 kJ/molであった。本複合材料を主に構成するMg合金において、格子拡散の活性化エネルギーは約135ｋJ/mol、転位芯拡散は約92 kJ/molであるため、本複合材料は300℃で転位芯拡散、250℃以下では格子拡散による変形が生じていると考察された。

在这项研究中，我们研究了超塑性变形过程中晶界附近的应力状态和微观结构因素（晶粒尺寸、形貌、取向的动态相关性）。具体来说，本研究使用AZ80镁合金作为超塑性材料，纯Al作为非超塑性材料。最初的计划是利用有限元分析和元胞自动机来模拟微观结构的形成，以阐明超塑性变形的变形行为，但在创建模型方面遇到了困难。因此，今年，我们通过在改变温度和应变速率的情况下进行拉伸试验来研究超塑性变形的机制。首先，我们确定了 m 值和变形活化能，以考虑变形机制。温度从 150 到 300°C 变化，应变速率从 1 × 10-1 变化到 5 × 10-4 s-1。此外，着眼于纯Al镀层的变形行为，在相同条件下进行了纯Al单独的拉伸试验。通过定量比较单独的变形行为和在各种条件下组合时的变形行为，我们研究了超塑性材料镁合金基材对非超塑性材料铝涂层的影响，旨在澄清。。镁合金/Al复合材料在200℃、250℃和300℃时的m值分别为0.24、0.30和0.33。由于一般超塑性材料的m值为0.3或更高，因此可以说这种复合材料在250℃或更高的温度下发生超塑性变形。在 200、250 和 300°C、应变速率为 5 × 10-4 s-1 时，活化能分别为 125、100 和 90 kJ/mol。在主要构成该复合材料的Mg合金中，晶格扩散的活化能约为135kJ/mol，位错核扩散约为92kJ/mol。以下，认为由于晶格扩散而发生变形。