マルテンサイト変態を必要としないFe-Al系超弾性合金の開発

无需马氏体转变的Fe-Al超弹性合金的研制

基本信息

批准号：
14750576
负责人：
安田弘行
金额：
$ 2.3万
依托单位：
Osaka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2002
资助国家：
日本
起止时间：
2002 至 2003
项目状态：
已结题

项目摘要

マルテンサイト変態に因らないFe-Al系合金の超弾性挙動のAl濃度依存性ならびに結晶方位異方性について研究を行なった。同合金単結晶の超弾性はFe-23at%Al程度の組成で最大となり、この組成からのずれに伴い歪の回復率が低下した。23at%Alの回復可能歪は5%程度であり、実用化されている超弾性合金のそれに匹敵する。また、Fe系でこのような巨大超弾性が得られたことは過去にない。この23at%Alでは転位が逆位相境界(APB)を引き摺りながら運動し、除荷時にAPBが転位を引き戻すことで超弾性が発現することがわかった。一方、28at%以上のAl濃度を有する合金では、転位がAPBを挟んで4本ペアで運動するため、超弾性を示さない。こうした転位の運動形態はFe-Al系合金に発達する規則ドメイン構造と密接に関係しており、とりわけ10nm程度の微細ドメイン構造が超弾性の発現に不可欠であることを明らかとした。一方、Fe-Al系超弾性単結晶はbcc金属に類似の強い方位異方性を示し、双晶方位よりも反双晶方位で変形が困難になる。この方位異方性を反映し、歪回復率は双晶方位の方が高い。さらに、双晶方位と反双晶方位の中間となる<149>方位で最大の回復率が得られる。その原因は、応力負荷時に双晶方向であっても除荷時には反双晶方向となり、除荷中の転位運動が困難になるためである。このように、Al濃度や結晶方位を最適化すれば、Fe-Al系合金は十分な超弾性特性を示すことを明らかとした。

我们研究了非马氏体相变引起的 Fe-Al 合金超弹性行为的 Al 浓度依赖性和晶体取向各向异性。合金单晶的超弹性在Fe-23at%Al左右的成分时达到最大值，并且随着成分偏离该成分，应变恢复率降低。 23at%Al的可恢复应变约为5%，与实际使用的超弹性合金相当。此外，如此巨大的超弹性从未在铁系中实现过。研究发现，在该 23at%Al 中，位错在拖动反相边界 (APB) 的同时移动，卸载时，APB 会拉回位错，从而产生超弹性。另一方面，Al 浓度为 28 at% 或更高的合金不会表现出超弹性，因为位错以四个成对的方式移动，APB 位于其间。结果表明，这些位错的运动形式与Fe-Al合金中形成的有序域结构密切相关，特别是10 nm左右的精细域结构对于超弹性的表现至关重要。另一方面，Fe-Al超弹性单晶表现出与BCC金属相似的强方位各向异性，并且在反孪生取向上比在孪生取向上更难变形。反映了这种方位各向异性，孪晶方向的应变恢复率较高。此外，在<149>取向上获得了最大恢复率，该取向介于孪晶和反孪晶取向之间。其原因是，即使在施加应力时存在孪生方向，但在卸载时它会变成反孪生方向，使得卸载时位错难以移动。因此，表明如果优化Al浓度和晶体取向，Fe-Al合金就会表现出足够的超弹性性能。