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martensitic transformation of biomedical Co-Cr-Mo alloys by introducing parent phase lattice defects森 真奈美*; 山中 謙太*; 佐藤 茂男*; 椿 真貴*; 佐藤 こずえ*; 熊谷 正芳*; 今福 宗行*; 菖蒲 敬久; 千葉 明彦*
Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials, 90, p.523 - 529, 2019/02
被引用回数：19 パーセンタイル：71.16(Engineering, Biomedical)In this study, we examined the effect of pre-existing dislocation structures in a face-centered cubic gamma-phase on strain-induced martensitic transformation (SIMT) to produce a hexagonal close-packed epsilon-phase in a hot-rolled biomedical Co-Cr-Mo alloy. The as-rolled microstructure was characterized by numerous dislocations as well as stacking faults and deformation twins. SIMT occurred just after macroscopic yielding in tensile deformation. Using synchrotron X-ray diffraction line-profile analysis, we successfully captured the nucleation of epsilon-martensite during tensile deformation in terms of structural evolution in the surrounding gamma-matrix: many dislocations that were introduced into the gamma-matrix during the hot-rolling process were consumed to produce epsilon-martensite, together with strong interactions between dislocations in the gamma-matrix. As a result, the SIMT behavior during tensile deformation was accelerated through the consumption of these lattice defects, and the nucleation sites for the SIMT epsilon-phase transformed into intergranular regions upon hot rolling. Consequently, the hot-rolled Co-Cr-Mo alloy simultaneously exhibited an enhanced strain hardening and a high yield strength. The results of this study suggest the possibility of a novel approach for controlling the to SIMT behavior, and ultimately, the performance of the alloy in service by manipulating the initial dislocation structures.
鈴木 裕士; 山田 類*; 椿 真貴*; 今福 宗行*; 佐藤 成男*; 綿貫 徹; 町田 晃彦; 才田 淳治*
Metals, 6(1), p.12_1 - 12_11, 2016/01
被引用回数：3 パーセンタイル：17.57(Materials Science, Multidisciplinary)X線散乱法やひずみゲージによるマルチスケールひずみ解析により、熱処理前後の共晶および亜共晶Zr-Cu-Al三元系金属ガラスの弾性変形挙動を評価した。ダイレクトスペース法やQスペース法により求めたミクロひずみと、ひずみゲージにより測定したマクロひずみとを比較し、それらの相関から共晶および亜共晶金属ガラスの変形機構の違いを明らかにした。共晶Zr
Cu
Al
金属ガラスは、熱処理による自由体積の減少によるミクロ組織の均質化により変形抵抗は向上するものの、流動性の高いWBR(Weakly-Bonded Region)の減少にともなって延性を失うことがわかった。一方、亜共晶Zr
Cu
Al金属ガラスでは、もともと均質なミクロ組織を有しているものの、熱処理によるナノクラスター形成により、ミクロ組織の均質性および弾性均質性が失われることが分かった。このような熱処理に伴う組織変化は、構造緩和しても、延性や靭性が減少しないという亜共晶金属ガラスのユニークな機械的特性を生み出す要因と考えられる。
佐藤 成男*; 菖蒲 敬久; 佐藤 こずえ*; 小川 博美*; 我妻 一昭*; 熊谷 正芳*; 今福 宗行*; 田代 仁*; 鈴木 茂*
ISIJ International, 55(7), p.1432 - 1438, 2015/07
被引用回数：13 パーセンタイル：53.92(Metallurgy & Metallurgical Engineering)冷間延伸されたパーライト鋼ワイヤにおける転位の分布および異方性を特徴付けるために、X線回折線プロファイル解析をシンクロトロン放射マイクロビームを用いて行った。一般に、塑性せん断ひずみはワイヤの中心よりも表面近くでより激しかったが、中心から表面まで転位密度分布はほぼ一定であった。一方、転位の再配列は、転位の細胞構造を進化させ、表面に近づくほど進んだ。異方性転位密度によって、軸方向および横断方向の硬さの差異が説明できることも明らかになった。高温での回折データに基づく線プロファイル解析を行った。セメンタイトの回収率は一定の速度で進行したが、フェライト相の回収率は温度依存性を示し、フェライト相の回収率はセメンタイト相の回収率とはあまり関係していなかった。
岩田 圭司*; 今福 宗行*; 鈴木 環輝*; 菖蒲 敬久; 折原 秀人*; 酒井 祐介*; 秋田 貢一; 大谷 眞一*; 石山 和志*
Journal of Applied Physics, 117(17), p.17A910_1 - 17A910_4, 2015/03
被引用回数：6 パーセンタイル：27.03(Physics, Applied)レーザーを照射した鉄3%シリコン鋼に還流磁区を生じさせる内部応力分布を、高エネルギー放射光X線解析および変分原理に基づく磁区理論によって検討した。測定された試験片内の三軸応力は圧縮で、圧延方向の応力がほかの方向の応力よりも支配的であった。還流磁区に関する磁気エネルギーの変分原理に基づく計算により、測定された三軸応力が、還流磁区が無い場合の主磁区よりも、磁区をより安定させていることが分かった。実験および計算結果から、レーザー誘起内部応力が還流磁区を発生させていることを示した。
熊谷 正芳*; 秋田 貢一; 今福 宗行*; 大谷 眞一*
Advanced Materials Research, 996, p.39 - 44, 2014/08
被引用回数：6 パーセンタイル：93.39(Engineering, Mechanical)ショットピーニング(SP)およびレーザーピーニング(LP)を施工したオーステナイトステンレス鋼の微視組織をX線ラインプロファイル解析法によって調査した。SP、LPの両試験片ともほぼ同様の残留応力深さ分布を有するが、微視組織はピーニング施工表面のみならず、表面から数ミクロン深さにおいても微視組織は異なっていた。転位密度はSP試験片のほうがLP試験片よりも高く、また、結晶子サイズはSPのほうがLPよりも小さかった。
熊谷 正芳*; 秋田 貢一; 今福 宗行*; 大谷 眞一*
Materials Science & Engineering A, 608, p.21 - 24, 2014/07
被引用回数：10 パーセンタイル：45.35(Nanoscience & Nanotechnology)ショットおよびレーザーピーニングを施工したSUS316ステンレス鋼の機械的特性を硬さ試験によって調査し、また、加工硬化と微視組織との関係を検討した。X線プロファイル解析を用いて転位密度を評価した。ショットピーニングにおいてのみマルテンサイトが生成されたにもかかわらず、ショットピーニングとレーザーピーニング試験片における硬さと転位密度の平方根との間には一義的な直線関係が認められた。したがって本研究においてはマルテンサイトには硬さは影響していないことが分かった。圧縮残留応力が納入材の降伏点よりも高くなった原因は、転位密度増加に伴う加工硬化が原因であることが明らかとなった。
熊谷 正芳*; 秋田 貢一; 板野 祐太*; 今福 宗行*; 大谷 眞一*
Journal of Nuclear Materials, 443(1-3), p.107 - 111, 2013/11
被引用回数：26 パーセンタイル：88.43(Materials Science, Multidisciplinary)X線回折線プロファイル解析により、ショット及びレーザーピーニングした316ステンレス鋼の微視組織を調査した。なお、両試験片の残留応力分布はほぼ同等となるように各ピーニング条件を調整した。X線回折線プロファイル解析の結果、両試験片において転位密度の増加及び結晶子サイズの減少が見られたが、特に、ショットピーニング試験片における変化が大きかった。この差は、ピーニング時の塑性変形メカニズムに起因していると考えられる。
熊谷 正芳*; 秋田 貢一; 今福 宗行*; 大谷 眞一*
日本材料学会第62期通常総会・学術講演会論文集(USB Flash Drive), 2 Pages, 2013/05
ショットピーニング(SP)及びレーザーピーニング(LP)を施した316ステンレス鋼の転位密度と結晶子寸法をX線回折プロファイル解析によって求めた。なお、両方の試料にはほぼ同じ深さ分布の残留応力を導入してある。SP及びLPのいずれの試料においても転位密度は増加し、結晶子寸法は低下した。ただし、転位密度はSPのほうがLPの場合よりも非常に高く、またSPの結晶子サイズはLPの約3分の1であった。これらの微視組織の差は、ピーニング時の塑性変形メカニズムの違いによって生じたと考えられる。
AlNi
Cu bulk metallic glass containing ZrC particles by synchrotron X-ray diffraction鈴木 裕士; 才田 淳治*; 菖蒲 敬久; 勝山 仁哉; 加藤 秀実*; 今福 宗行*; 佐藤 成男*
Scripta Materialia, 66(10), p.801 - 804, 2012/05
被引用回数：6 パーセンタイル：37.98(Nanoscience & Nanotechnology)10vol.%ZrC粒子分散ZrAlNiCu四元系金属ガラスについて、圧縮変形させた試験片内部のZrC相及び金属ガラス相の残留ひずみを放射光X線により測定するとともに、有限要素解析によりZrC粒子周辺の局所的な塑性変形挙動を評価することによって、その圧縮変形メカニズムを評価した。その結果、変形初期においては、粒子周囲に局所的な塑性変形を生じるとともに、金属ガラス相が大きくひずみを負担するが、変形が進むと金属ガラス相が全体的に降伏して粒子が大きくひずみを負担、最終的には粒子が粒内破壊を生じて破断に至ることを明らかとした。
鈴木 裕士; 才田 淳治*; 今福 宗行*; 佐藤 成男*
no journal, ,
中性子回折やX線回折法による残留応力測定は、多結晶や単結晶などの結晶材料にのみ適用可能であり、非晶質材のひずみ測定は困難とされてきた。最近では、放射光X線によりハローを測定し、その情報から得られた動径分布曲線より引張変形に伴う局所構造変化を評価し、その結果からひずみ変化を求めるDirect space methodや、第一ハローの位置変化からひずみ変化を求めるQ-space methodが報告されている。本研究では、中性子回折法によるQ-space methodを用いて、ZrAlNiCu四元系金属ガラスの引張変形挙動評価の可能性を検討した。
鈴木 裕士; 才田 淳治*; 今福 宗行*
no journal, ,
本研究では、中性子回折法により、単軸引張応力を負荷したZrC粒子分散型ZrAlNiCu四元系金属ガラスの変形挙動及び残留応力を評価した。その結果、ZrC粒子分散型金属ガラスのZrC相には約1GPaの圧縮残留応力、金属ガラス相には約100MPaの引張残留応力が発生しており、いずれも静水圧状態であった。また、単軸応力負荷下におけるZrC粒子分散型金属ガラスの各相の変形挙動は、セルフコンシステントモデルにより表すことができることを明らかとした。さらに、ZrC粒子分散型金属ガラスにおける金属ガラス相の負担する応力が負荷応力に比べて小さく、また、金属ガラス相に引張残留応力が発生しているために、モノリシックな金属ガラスよりも圧縮強さが向上すると考えられる。
酒井 裕介*; 秋田 貢一*; 大谷 眞一*; 末吉 一行*; 菖蒲 敬久; 今福 宗行*; 鈴木 環輝*; 岩田 圭司*
no journal, ,
トランスの軸として利用されているSi鉄単結晶表面にレーザーピーニングを導入した際に発生する残留応力分布測定を放射光を用いて実施した。その結果、ピーニングを導入した部分の内部に強い圧縮残留応力、その周りに引張残留応力を確認した。この結果は、表面と全く反対であり、内部の軸の分布との相関に関して現在検討中である。
鈴木 裕士; 今福 宗行*; 才田 淳治*; Setyawan, A. D.*; 加藤 秀実*
no journal, ,
中性子回折法により10vol%-ZrAlNiCu金属ガラスの変形挙動を測定した。まず、本材料の単軸引張負荷における弾性変形挙動をセルフコンシステントモデルで表すことができることを確認した。また、本材料における高い圧縮強度は、両相の熱膨張係数差により発生した残留応力と、金属ガラスの負担する相応力が、単軸負荷応力に比べて5%程度小さいことに起因していると考えられる。
鈴木 裕士; 才田 淳治*; 勝山 仁哉; 今福 宗行*; Setyawan, A. D.*; 加藤 秀実*; 佐藤 成男*
no journal, ,
圧縮変形除荷後の10vol%ZrC粒子分散四元系金属ガラスのZrC相の残留応力を中性子回折法により測定するとともに、有限要素解析によりZrC粒子周囲に発生する塑性ひずみの評価を行った。その結果、巨視的に降伏する以前から、ZrC粒子周辺に局所的な塑性変形を生じ、そこを起点にせん断帯が発生する可能性を示した。また、変形が進むと、試験片全体に渡ってせん断帯が導入されるが、ZrC粒子によるボンド効果によって、破断せずに塑性変形が進み、ある負荷に達するとZrC粒子に粒内破壊を生じて破断に至るという新しい破壊モデルを提案した。
鈴木 裕士; 才田 淳治*; 加藤 秀実*; 佐藤 成男*; 今福 宗行*; 菖蒲 敬久
no journal, ,
圧縮変形除荷後の10vol%ZrC粒子分散ZrAlNiCu四元系金属ガラスのZrC相及び金属ガラス相の残留応力を放射光X線により測定し、その結果から圧縮負荷中に両相が負担する応力状態と両相の変形状態を予測した。その結果、変形初期においては、ZrC粒子周囲に局所的な塑性変形を生じるとともに、金属ガラス相が大きくひずみを負担するが、変形が進むと金属ガラス相が全体的に降伏してZrC粒子が大きくひずみを負担、最終的にはZrC粒子が粒内破壊を生じて破断に至ることを明らかとした。
熊谷 正芳*; 秋田 貢一; 今福 宗行*; 大谷 眞一*
no journal, ,
本研究ではオーステナイト系ステンレス鋼に方式の異なるショットピーニング(SP)およびレーザーピーニング(LP)の二つのピーニング施工を行い、施工方式の違いにより生じる微視組織の違いをラインプロファイル解析によって定量的に評価した。その結果、SP処理およびLP処理によって同程度の残留応力分布となるよう加工した場合、SPの転位密度はLPと比べ十倍程度高いことが分かった。また、残留応力の深さ方向分布は同等であったが、硬さはSP材の方がLP材と比べ各深さにおいて大きくなる傾向があった。この結果は転位密度の上昇による加工硬化によって説明できることを示した。
