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martensitic transformation in Ti-12Mo alloyChong, Y.*; 都留 智仁; 光原 昌寿*; Guo, B.*; Gholizadeh, R.*; 井上 耕治*; Godfrey, A.*; 辻 伸泰*
Communications Materials (Internet), 6, p.50_1 - 50_11, 2025/03
ひずみ誘起マルテンサイト変態(SIMT)は、準安定
チタン合金の機械的性質に重大な影響を及ぼす。本研究では、Ti-12wt.%Mo合金のSIMTに対する粒径と酸素含有量の影響を系統的に調査した。SIMTは粒径と酸素含有量の減少によって促進されることが判明した。また、異常な粒径依存性とSIMTの急激な酸素含有量依存性のメカニズムの起源について、マルチスケールの微細構造特性評価と最先端のシミュレーションに基づいて議論された。第一原理計算により、結晶粒の微細化はSIMTのエネルギー障壁を上昇させないことが示されたことから、そのメカニズムは、ひずみ誘起相変態の核生成サイトを増加させることでマルテンサイトを生成し、それによって細粒Ti-12wt.%Mo合金でSIMTを促進するためであると考えられる。対照的に、Ti-12wt.%Mo-0.3wt.%O合金の場合、相変態中に酸素原子の局所構成が変化するため、酸素原子によってSIMTのエネルギー障壁が大幅に増加する。さらに、アトムプローブトモグラフィーにより、酸素原子が
相境界に偏析し、それによって
マルテンサイトの成長がさらに制限されることが明らかになった。
Gong, W.; Gholizadeh, R.*; 川崎 卓郎; 相澤 一也; Harjo, S.
Magnesium Technology 2024, p.89 - 90, 2024/03
Mg and its alloys generally exist as a single hcp crystal structure at room temperature. It is widely recognized that the application of Mg alloys is hindered by their limited formability at room temperature, primarily attributable to the scarcity of readily activated deformation modes within the hcp phase. The addition of Li in Mg alloy can stable the bcc phase at room temperature, and these dual-phase (hcp+bcc) Mg-Li alloys exhibit excellent formability. The Li-enriched bcc phase has been frequently considered as the origin for improving formability. However, these Mg-Li alloys show poor work-hardening ability and the resultant low strength at room temperature. Considering that the dislocation recovery can be suppressed by decreasing the deformation temperature and the activity of deformation mode may be changed with temperature, we investigated the deformation behavior of a commercial LZ91 magnesium alloy at cryogenic temperatures using in-situ neutron diffraction.
titanium alloys strong and ductileChong, Y.*; Gholizadeh, R.*; Guo, B.*; 都留 智仁; Zhao, G.*; 吉田 周平*; 光原 昌寿*; Godfrey, A.*; 辻 伸泰*
Acta Materialia, 257, p.119165_1 - 119165_14, 2023/09
被引用回数：33 パーセンタイル：97.95(Materials Science, Multidisciplinary)チタン合金は、優れた歪み硬化能を有する反面、降伏強度が低いという問題を抱えている。ここでは、Ti-12Mo(wt.%)準安定チタン合金の降伏強度の向上における結晶粒の微細化と格子間物質の添加の寄与について検討した。その結果、結晶粒の微細化は材料を強化するどころか、この合金の極限引張強度を低下させることがわかった。この予想外の異常な挙動は、ひずみ誘起マルテンサイト相変態が著しく促進されたことに起因しており、その場観察放射光X線回折分析により、この相が相よりはるかに軟らかいことが初めて明らかになった。また、酸素添加と結晶粒微細化の組み合わせにより、Ti-12Mo-0.3O(wt.%)合金において前例のない強度と延性の相乗効果が得られることが判明した。この三元合金における酸素溶質には2つの有利な点がある。第一に、溶質酸素は、微細な組織においても、歪みによるマルテンサイト相への変態を大きく抑制し、過剰なマルテンサイトによる軟化効果を回避することができる。次に、アトムプローブトモグラフィーで明らかになったように、酸素溶質が双晶境界に偏析しやすい。これにより、
変形双晶の成長が抑制され、より広範な双晶の核生成が促進される。本研究で得られた知見は、強靭な準安定チタン合金を設計するための費用対効果の高い根拠となり、この高強度対重量構造材料のさらなる普及に大きな意味を持つ。
Chong, Y.*; Gholizadeh, R.*; 都留 智仁; Zhang, R.*; 井上 耕治*; Gao, W.*; Godfrey, A.*; 光原 昌寿*; Morris, J. W. Jr.*; Minor, A. M.*; et al.
Nature Communications (Internet), 14, p.404_1 - 404_11, 2023/02
被引用回数：35 パーセンタイル：96.12(Multidisciplinary Sciences)チタンは格子間酸素によって脆化する。特に極低温では顕著な脆化挙動を示すため、チタンやその合金の製造において酸素含有量を厳しく管理する必要がある。この問題を解決するために、我々は結晶粒の微細化という構造戦略を提案した。77Kで非常に脆い粗粒の組織と比較して、Ti-0.3wt.%Oの超微細粒(UFG)組織(粒径
2.0
m)は、UFG組織特有の超高降伏強度を維持したまま均一延びを1桁上昇させることに成功した。UFG Ti-0.3wt.%Oにおけるこの特異な強度-延性相乗効果は、粒界凝集エネルギー向上に寄与する希薄な酸素の粒界偏析と優れたひずみ硬化能に寄与する
転位の活性化の複合効果によって達成された。この方法は、低温での高強度Ti-O合金の応用の可能性を高めるだけでなく、格子間固溶硬化による延性の低下を生じる他の合金系にも適用できる可能性がある。
Chong, Y.*; 都留 智仁; Guo, B.*; Gholizadeh, R.*; 井上 耕治*; 辻 伸泰*
Acta Materialia, 240, p.118356_1 - 118356_15, 2022/11
被引用回数：33 パーセンタイル：94.80(Materials Science, Multidisciplinary)本研究では、室温でのチタンの引張特性と変形挙動に及ぼす窒素含有量と結晶粒径の影響を体系的に調査した。巨大ひずみ加工と焼鈍により、超高降伏強度(1.04GPa)と大きな均一伸び(10%)の前例のない相乗効果を組み合わせた、完全再結晶微細構造を備えた超微細粒(UFG)Ti-0.3wt.%N合金が得られた。Ti-0.3wt.%N合金の硬化およびひずみ硬化メカニズムは、変形下部構造の観察と第一原理計算によって包括的に研究された。UFG Ti-0.3wt.%Nの優れた強度/延性バランスへの窒素の寄与は2倍であることが明らかになった。粒子内の窒素原子は、八面体から六面体のサイトへの窒素のシャッフルにより、角柱面上の
転位の運動を強く妨げ、純Tiの6倍の摩擦応力の増加を引き起こした。さらに、Ti-0.3wt.%N合金の柱面と錐面の間の積層欠陥エネルギー差が大幅に減少することで、転位の活性化が容易になり、ひずみ硬化率の向上に寄与した。我々の実験的および理論的計算研究は、延性を大幅に犠牲にすることなく手頃な価格の高強度チタンの設計に関する知見を与える。
Gong, W.; Gholizadeh, R.*; 川崎 卓郎; 相澤 一也; Harjo, S.
no journal, ,
The Mg-Li alloys consisting of hcp and bcc dual-phase microstructures exhibit superior ductility at room temperature, which has attracted significant attention in recent years. In contrast, these alloys consistently show poor work-hardening ability and resultant low strength at room temperature. The lack of work-hardening ability is likely due to the easy dislocation recovery in the bcc phase. It is well known that dislocation recovery can be suppressed by decreasing the deformation temperature. However, studies on the cryogenic deformation behavior of these dual-phase Mg-Li alloys are very limited. In-situ neutron diffraction, as a powerful microstructure probe, is reliable for tracking globally averaged crystallographic information associated with microstructure evolution and deformation behavior in structural materials at various environments. In the present study, we investigated the deformation behavior of a dual-phase Mg-Li alloy at cryogenic temperatures using in-situ neutron diffraction. The yield stress of the alloy increased consistently with decreasing deformation temperature. The work hardening was remarkably enhanced at 77 K and 20 K, leading to simultaneous improvements in ultimate stress and uniform elongation compared to 298 K. Dislocation multiplication was much faster at cryogenic temperatures, contributing to the improved work-hardening ability.
Gong, W.; Gholizadeh, R.*; Harjo, S.; 川崎 卓郎; 相澤 一也; 辻 伸泰*
no journal, ,
Mg合金にLi元素を添加することで、体心立方(BCC)相を形成することが可能になる。BCC相を有するMg合金は、室温で優れた延性を示し、従来のMg合金の低延性という欠点を克服できる。しかし、これらの合金は室温で加工硬化性が乏しく、その結果、引張強さが低く、均一伸びも小さい。この加工硬化性の欠如は、BCC相における転位の回復が容易であることに起因すると考えられる。一般に、変形温度を下げると転位の回復が抑制され、加工硬化が増大することが知られている。本研究では、その場中性子回折を用いて、極低温におけるMg-Li二相合金の変形挙動の温度依存性を調査した。当日の発表では、異なる変形温度における巨視的な力学特性、相応力分配、転位密度、および固溶原子Liの拡散との関係について議論する予定である。
Gong, W.; Gholizadeh, R.*; Harjo, S.; 川崎 卓郎; 相澤 一也
no journal, ,
HCP結晶構造を持つマグネシウム(Mg)合金は、常温では活動する変形モードがほぼ底面すべりと
双晶に限定されるため、成形性が乏しいことが知られている。適量なリチウム(Li)を添加したMg合金では、BCC結晶構造を常温で安定化させることができ、優れた成形性を示している。BCC相が成形性向上の主因と考えられる。しかしながら、これらの二相(BCC+HCP)Mg-Li合金は常温での加工硬化性が乏しく、その結果、強度が低下してしまうことが知られている。そこで、転位の回復を抑制、加工硬化率と強度共に増加可能性を考慮し、市販LZ91合金の極低温における変形挙動をその場中性子回折で調べた。
