Ultra-high cycle fatigue strength of hierarchical anisotropic nanostructured alloys by precision structural analysis

精密结构分析分级各向异性纳米结构合金的超高周疲劳强度

基本信息

批准号：
22K03828
负责人：
陳強
金额：
$ 2.58万
依托单位：
Kyushu University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

本年度の研究計画として、固溶処理で結晶粒内に形成されたラメラ状長周期積層構造相(以下LPSO相と呼ぶ)と粒界に形成されたブロックLPSO相の影響微視的硬質層（ラメラLPSO相）と軟質層（ナノスライスMg相）の相互積層により構築される階層異方性ナノ構造高強度Mg-Gd-Y-Zn-Mn系合金押出材について、（１）超高サイクル疲労における疲労強度に及ぼす階層異方性ナノ構造組織の影響と（２）１～数結晶粒程度の微小き裂の発生と伝ぱに及ぼす階層異方性ナノ構造の影響を精密構造解析により調べる。（１）超高サイクル疲労における疲労強度に及ぼす階層異方性ナノ構造組織の影響に関して：高強度（耐力：押出材509 MPa、時効材571 MPa）とある程度の延性（伸び率：押出材5.4%、時効材3.7%）を兼ね備えたMg-Gr-Y-Zn系合金を用いて、室温大気中で超音波疲労実験を行った。Mg-Gr-Y-Zn系合金の疲労強度を1千万回時間強度で比較した場合、鋳造また固溶状態では約60 MPaで非常に低く、押出加工とピーク時効処理状態では時間強度がそれぞれ150 MPaと180 MPaとなり、鋳造状態と固溶状態の時間強度に比べると約150~200%も上昇した。（２）き裂発生と伝ぱ挙動に及ぼす階層異方性ナノ構造組織の影響に関して：微小き裂の発生及び初期き裂の伝ぱを計測するため、疲労試験を所定のサイクルで中断しながら実施した。き裂の表面連続観察はレプリカ法および光学顕微鏡による直接観察法にて行い、疲労破面の解析は走査型電子顕微鏡と透過型電子顕微鏡を用いて実施した。押出加工で導入した強い底面集合組織を形成する末再結晶領域と、微細で比較的ランダム配向した再結晶粒領域からなるバイモーダル組織が底面すべりやき裂の発生にどのように影響したのかを検証した。関連課題の研究論文2件を投稿した。

今年的研究计划重点研究固溶处理过程中晶粒内形成的层状长周期堆叠结构相（以下简称LPSO相）和晶界处相互堆叠形成的块状LPSO相的影响。软层（LPSO相）和软层（纳米切片Mg相）对于纳米结构高强度Mg-Gd-Y-Zn-Mn合金挤压材料，（1）分级各向异性纳米结构对超高周疲劳疲劳强度的影响；（2）一到几个晶粒的影响。我们通过精确的结构分析研究了分层各向异性纳米结构对微裂纹萌生和扩展的影响。 (1) 关于分级各向异性纳米结构对超高周疲劳中疲劳强度的影响：具有高强度（屈服强度：挤压材料509 MPa，时效材料571 MPa）和一定的延展性（伸长率：5.4%）对于挤压材料）使用时效材料含量为 3.7% 的 Mg-Gr-Y-Zn 合金在室温大气中进行了超声疲劳实验。当Mg-Gr-Y-Zn合金每小时1000万次循环的疲劳强度进行比较时，在铸造或固溶状态下每小时强度非常低，约为60MPa，并且在挤压和固溶状态下每小时强度非常低。峰值时效条件为150 MPa和180 MPa，与铸造状态和固溶状态的时间强度相比增加了约150%至200%。 (2)关于分级各向异性纳米结构对裂纹萌生和扩展行为的影响：为了测量微裂纹的萌生和初始裂纹的扩展，以预定周期中断进行疲劳试验。采用复制法和使用光学显微镜的直接观察法对裂纹表面进行连续观察，并使用扫描电子显微镜和透射电子显微镜对疲劳断口进行分析。验证由挤压过程中引入的具有强基底织构的再结晶区域和具有细小、相对随机取向的再结晶晶粒的再结晶晶粒区域组成的双峰结构如何影响基底滑移和裂纹的发生。已提交两篇相关主题的研究论文。