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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。
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。
Zhang, S. Y.*; Godfrey, E.*; Kockelmann, W.*; Paradowska, A.*; Bull, M. J.*; Korsunsky, A. M.*; Abbey, B.*; 徐 平光; 友田 陽*; Liljedahl, D.*; et al.
Materials Today, 12(7-8), p.78 - 84, 2009/07
被引用回数：20 パーセンタイル：51.38(Materials Science, Multidisciplinary)中性子回折は格子面間隔の精密評価に基づいて結晶材料内部の弾性歪みを直接測定できる。無材料除去のままで実際部品の内部組織や変形因子の変化などを非破壊測定的に評価するため、この技術は現代工程材料の設計や古代器物の材料考古学などの分野に特に有効である。本文はISIS核破砕型パルス中性子源に備えたEngin-X中性子回折装置における多数代表性試験研究にめぐって、中性子回折技術は材料科学の深入解明から産業への実際利用まで有効な基礎実験手法であることを示した。
Zhang, S. Y.*; Godfrey, E.*; Abbey, B.*; 徐 平光; 友田 陽*; Liljedahl, D.*; Zanellato, O.*; Fitzpatrick, M.*; Kelleher, J.*; Siano, S.*; et al.
Proceedings of World Congress on Engineering 2009, Vol.2, p.1412 - 1419, 2009/00
核破砕ソースからのパルス中性子ビームを用いた中性子回折や中性子イメージング技術による材料評価の多数の可能性を紹介した。具体的には、高温動的フェライト変態,航空複合結構件の低温残留応力,溶接部残留応力に及ぼす溶接手順の影響,飛行機エンジン・ニッケル合金部件の摩擦溶接応力の分析,古代青銅芸術品への応力分析の応用及び中性子応力イメージングなどの事例を紹介した。
