転位の可逆運動による新超弾性挙動と繊維ネット超弾性合金の開発

位错可逆运动带来的新超弹性行为和纤维网超弹性合金的发展

基本信息

批准号：
16656219
负责人：
馬越佑吉
金额：
$ 2.24万
依托单位：
Osaka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Exploratory Research
财政年份：
2004
资助国家：
日本
起止时间：
2004 至 2005
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-16656219/
关键词：
擬弾性規則合金転位規則ドメイン APB Fe_3Al Fe_3Ga 相変態超弾性変形 FeAl 規則構造回復

项目摘要

NiTi等の規則合金で発現する擬弾性は、熱弾性型マルテンサイト変態や双晶と深く関わっている。本研究では、これとは異なり、転位の可逆運動に由来する擬弾性発現の可能性とその発現機構について調べた。DO_3型規則構造を有するFe_3Al合金単結晶を作製し,室温において応力付加、除荷時の応力-ひずみ曲線を調べた結果、擬弾性挙動が認められ、この挙動は合金組成ならびに熱処理条件に強く依存し、23at%Al組成で約5%の回復ひずみと最も良好な擬弾性特性を示した。DO_3型規則合金の変形は、一般に<111>超格子転位が2種のAPBを挟み4本の部分転位に分解した超格子部分転位対の運動によって担われる。しかし、電子顕微鏡観察の結果、Fe_3Al中では1本または2本の部分転位が背後にAPBを引きずって運動し、応力が除去された場合にはこのAPBの張力によって部分転位は応力付加以前の位置に引き戻され、その結果擬弾性が生じることが明らかとなった。この転位の可逆運動は、規則合金の内部組織と密接に関係し、転位が規則ドメイン境界を通過する際に形成される新たなAPBによって擬弾性効果がより顕著となる。従って、熱処理による規則ドメインの形態、寸法の制御が重要となる。この転位の可逆運動による擬弾性特性はマルテンサイト変態に由来しないため、動作温度範囲が広い、高い応力レベルでも利用可能、組成依存性が少ないなどの特徴がある。擬弾性の温度依存性を調べた結果、200℃以上においては、温度上昇に伴って交差すべり、形成されたAPBの熱拡散による構造緩和等により回復ひずみ量が減少する。また、低温では転位の摩擦応力の上昇とAPB張力による転位の復元運動との兼ね合いで回復ひずみ量が変化することが明らかとなった。また、Fe_3Alと類似の状態図を有するFe_3Ga単結晶についても同様の実験を行い、APB擬弾性の発現を確認した。この合金の擬弾性挙動は、組成、熱処理条件に強く依存し、L1_2型規則相の析出に伴って急速に擬弾性特性が阻害されることが明らかとなった。

镍钛等有序合金中出现的伪弹性与热弹性马氏体转变和孪晶密切相关。在这项研究中，我们研究了位错的可逆运动产生赝弹性的可能性及其发生的机制。我们制备了具有 DO_3 型有序结构的 Fe_3Al 合金单晶，并检查了室温下应力施加和卸载过程中的应力-应变曲线，结果观察到了伪弹性行为，该行为很大程度上取决于合金成分和热量。然而，23at%Al 成分显示出约 5% 的恢复应变和最佳的拟弹性能。 DO_3型有序合金的变形一般是由超晶格部分位错对的运动引起的，其中<111>超晶格位错分解为4个部分位错，中间有两种类型的APB。然而，电镜观察结果显示，Fe_3Al中的一两个部分位错在拖动其后面的APB的同时发生移动，当应力消除时，APB的张力将部分位错移动到施加应力之前的位置。很明显，这会导致伪弹性。位错的这种可逆运动与有序合金的内部结构密切相关，当位错穿过有序域边界时，由于形成新的APB，伪弹性效应变得更加明显。因此，通过热处理控制有序域的形状和尺寸非常重要。由于位错可逆运动产生的这种伪弹性特性并非源自马氏体相变，因此具有工作温度范围宽、可在高应力水平下使用、成分依赖性小等特点。研究赝弹性的温度依赖性的结果表明，随着温度升高，由于交叉滑移和所形成的 APB 的热扩散导致的结构松弛，恢复应变量在高于 200°C 时减少。还表明，在低温下，由于位错摩擦应力的增加与APB张力引起的位错恢复运动之间的平衡，恢复应变量发生变化。此外，对具有与Fe_3Al相似相图的Fe_3Ga单晶进行了类似的实验，证实了APB赝弹性的表达。结果表明，该合金的伪弹性行为很大程度上取决于成分和热处理条件，并且L1_2型有序相的析出会迅速抑制伪弹性特性。