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論文

Enhancing mechanical properties of medium Mn steel by warm rolling based on laminated elemental segregation

Chen, H. F.*; Liu, B. X.*; 徐平光; Fang, W.*; Tong, H. C.*; Yin, F. X.*

Journal of Materials Research and Technology, 32, p.3060 - 3069, 2024/09

https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2024.08.060

被引用回数：0 パーセンタイル：0.00(Materials Science, Multidisciplinary)

The hot-rolled microstructure of medium Mn steel has coarse grains and severe elemental segregation, resulting in low strength and plasticity. Constructing a multiphase structure, refining the microstructure, and regulating elemental segregation enhance the mechanical properties. In this study, liquid nitrogen treatment created a layered distribution of austenite and martensite. Warm rolling was then used to reduce layer thickness and refine grain structure. After liquid nitrogen and warm rolling treatments, the strength and plasticity of medium Mn steel increased to 1270 MPa and 23.3%, respectively, far exceeding the hot-rolled state (724 MPa, 12.8%). Warm rolling also triggers austenite reverted transformation (ART) and introduces high-density dislocations, further improving austenite stability. This strengthening effect is higher than that from intercritical annealing alone. Improved austenite stability delays the transformation induced plasticity (TRIP) effect, preventing brittle fracture and enhancing deformation coordination between layers, significantly increasing the plastic deformation capacity of medium Mn steel.

論文

Mechanical properties of base metal and heat-affected zone in friction-stir-welded AA6061-T6 at ultra-low temperature of 20 K

Nguyen, T.-D.*; Singh, C.*; Kim, Y. S.*; Han, J. H.*; Lee, D.-H.*; Lee, K.*; Harjo, S.; Lee, S. Y.*

Journal of Materials Research and Technology, 31, p.1547 - 1556, 2024/07

https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2024.06.165

被引用回数：3 パーセンタイル：41.92(Materials Science, Multidisciplinary)

This study investigates the mechanical properties of a friction-stir-welded (FSW) AA6061-T6 aluminum alloy at ultra-low temperature (ULT) of 20 K. In-situ neutron diffraction and orientation imaging microscopy were employed to compare the tensile deformation behavior of the base metal (BM) and heat-affected zone (HAZ) in the FSW aluminum plate. The results demonstrate that compared to room-temperature (RT), ULT induces a significant improvement in tensile strength and ductility in both the BM and HAZ. The enhanced mechanical properties in BM at ULT result from a more homogeneous deformation than occurs at RT. On the other hand, HAZ at ULT exhibits an even lower yield strength than at RT, but the strain hardening rate (SHR) is the most significant among the alloys, leading to a tensile strength of 346 MPa and the highest ductility of 46.8%. The lowest yield strength corresponds to the lowest-hardness zones in HAZ, caused by dissolved/coarsened precipitates during the FSW process.

論文

First-principles analysis of the effects of oxygen, vacancies, and their complexes on the screw dislocation motion in body-centered cubic Nb

都留智仁; Lobzenko, I.; 尾方成信*; Han, W.-Z.*

Journal of Materials Research and Technology, 28, p.1013 - 1021, 2024/01

https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2023.12.033

被引用回数：3 パーセンタイル：25.24(Materials Science, Multidisciplinary)

体心立方耐熱金属において、ある種の溶質原子は硬化と脆化を誘発する。特に格子間酸素はNbに劇的な硬化をもたらし、酸素を添加したNb合金の降伏応力は純Nbの2倍以上になる。この酸素による劇的な硬化は、転位と酸素の相互作用が比較的弱いため、従来のメカニズムでは説明できない。本研究では、らせん転位と酸素、空孔との3体相互作用に着目した。第一原理計算の結果、酸素と転位の相互作用は斥力であるが、空孔と酸素のペアが形成されると、らせん転位との引力相互作用が強まることが明らかになった。さらに、この特徴は、Nb中の酸素の特異な性質であることがわかった。空孔と酸素のペアは、孤立した空孔と酸素の格子間よりも転位運動のエネルギー障壁をより大きく増加させる。この過程において、酸素のユニークな八面体-四面体シャッフリングプロセスが劇的な硬化に支配的に寄与しているという、新しいメカニズムを発見した。このように、酸素添加BCC合金では、広く分布する空孔-酸素対が転位運動の強力な障害物として振る舞い、損傷蓄積と連続的な硬化を引き起こす。

論文

Effective grain size refinement of an Fe-24Ni-0.3C metastable austenitic steel by a modified two-step cold rolling and annealing process utilizing the deformation-induced martensitic transformation and its reverse transformation

Mao, W.; Gao, S.*; Bai, Y.*; Park, M.-H.*; 柴田曉伸*; 辻伸泰*

Journal of Materials Research and Technology, 17, p.2690 - 2700, 2022/03

https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2022.02.031

被引用回数：17 パーセンタイル：81.39(Materials Science, Multidisciplinary)

超微細結晶粒(UFG)組織を有する準安定オーステナイト鋼は、冷間圧延中の変形誘起マルテンサイト変態と焼鈍時のオーステナイトへの逆変態を利用することにより、従来の冷間圧延および焼鈍プロセスで製造することができる。しかし、変形誘起マルテンサイト変態に対するオーステナイトの機械的安定性が高い場合には、冷間圧延中に十分な量のマルテンサイトが生成しないため、このようなプロセスは適用できない。本研究では、高い機械的安定性を有するFe-24Ni-0.3C準安定オーステナイト鋼に対して、冷間圧延と焼鈍の2段階プロセスを適用した。冷間圧延に先立ち、繰り返しサブゼロ処理と逆焼鈍処理を施した。このような処理により、オーステナイトの機械的安定性が劇的に低下し、その後の冷間圧延工程で変形誘起マルテンサイトの生成が大幅に促進された。その結果、結晶粒の微細化が著しく促進され、平均オーステナイト粒径0.5mmの完全再結晶試験片の作製に成功し、高強度と高延性を両立させた。

論文

Dislocation-climbing bypass over dispersoids with different lattice misfit in creep deformation of FeCrAl oxide dispersion-strengthened alloys

鵜飼重治; 山下真一郎

Journal of Materials Research and Technology, 16, p.891 - 898, 2022/01

https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2021.11.123

被引用回数：20 パーセンタイル：84.24(Materials Science, Multidisciplinary)

軽水炉の事故耐性燃料被覆管候補材であるFeCrAl-ODS合金の1000 $^{circ}$ Cでのクリープ変形速度は、分散粒子がYAlO $_{3}$ である場合はY $_{4}$ Zr $_{3}$ O $_{12}$ である場合に比べ、2-3桁大きくなる。また、これらの変形は転位と分散粒子の相互作用で決まる分散強化応力より十分低い応力で起こることが分かっている。このような新しく見出されたクリープ変形現象のメカニズムを2通りのアプローチで検討した。第1のアプローチは分散粒子と母相の界面での転位エネルギーの緩和理論に基づくもので、数値解析により転位の上昇運動が格子ミスフィットの大きいYAlO $_{3}$ 界面で加速されることを示した。他のアプローチは、分散粒子の周りに発生する応力が上昇運動する転位に働く力をPeach-Koehler関係式を解くことにより求める方法である。その結果、格子ミスフィットが大きい整合性の悪いYAlO $_{3}$ は母相との界面で大きな応力を発生することが、転位の上昇運動を加速し大きな変形速度をもたらすことを定量的に示した。

論文

Accumulation of radiation damage and disordering in MgAl $_{2}$ O $_{4}$ under swift heavy ion irradiation

安田和弘*; 山本知一*; 江藤基稀*; 川副慎治*; 松村晶*; 石川法人

International Journal of Materials Research, 102(9), p.1082 - 1088, 2011/09

https://doi.org/10.3139/146.110564

被引用回数：14 パーセンタイル：54.67(Metallurgy & Metallurgical Engineering)

原子炉照射環境において優れた耐照射損傷性を示すスピネル結晶について、高い耐照射損傷性のメカニズムを原子レベルで解明することを目的として、高速重イオン照射に伴うMgAl $_{2}$ O $_{4}$ スピネルの照射損傷を、高分解能透過型電子顕微鏡法及び高角度分解電子チャネリングX線分光法を駆使して精密に調べた。その結果、イオンの通過する軌跡に沿って形成される損傷領域は、中心部分にNaCl型結晶構造に相転移した領域(直径約1nm)、その周辺部にMgとAlの原子サイト間移動が起きている乱れ領域(直径約10-12nm)の多重構造で構成されることが明らかになった。

論文

Effect of atomic scale plasticity on hydrogen diffusion in iron; Quantum mechanically informed and on-the-fly kinetic Monte Carlo simulations

Ramasubramaniam, A.*; 板倉充洋; Ortiz, M.*; Carter, E. A.*

Journal of Materials Research, 23(10), p.2757 - 2773, 2008/10

金属中の結晶格子により発生する応力の影響下で拡散する水素の挙動について、高精度な量子計算の結果を取り入れた非構造格子上での実行時計算を含むキネティックモンテカルロシミュレーションの手法を開発した。このシミュレーションで得られた実効的拡散係数は近似的理論による予測とよく一致する。このモデルは亀裂,転位,粒界などの欠陥と水素の相互作用に関して空間的には原子レベルの解像度を持ちつつ時間的には非常に長いスケールでのシミュレーションを可能にするものである。

論文

Synthesis and characterization of copper hydroxide acetate with a layered discoid crystal

香西直文; 三田村久吉; 福山裕康; 江坂文孝; Komarneni, S.*

Journal of Materials Research, 20(11), p.2997 - 3003, 2005/11

層状遷移金属水酸化物塩は、陰イオン交換性層状化合物の一種であり、陰イオン吸着材及びインターカレーションホストとして最近注目を集めるようになった。それゆえ、その種類,合成法,特性などに関する論文数は少ない。本研究では、従来とは異なる方法で合成した層状水酸化酢酸銅の基本的な特性について報告する。酢酸銅溶液を水酸化ナトリウム溶液でpH6.5まで滴定し、引き続き40 $^{circ}$ Cで熟成することによって得られた化合物は、既知の層状水酸化酢酸銅Cu $_{2}$ (OH) $_{3}$ (OCOCH $_{3}$ )H $_{2}$ Oと組成及び幾つかの特性が類似している。酢酸含有率がわずかに低いこの化合物は、既知の化合物に比べて、結晶形、383K以下での固相への酢酸イオンの結合安定性,溶液中の陰イオンとの反応などが異なる。

論文

Identification of the constitutive equation by the indentation technique using plural indenters with different apex angles

二川正敏; 涌井隆*; 田辺裕治*; 井岡郁夫

Journal of Materials Research, 16(8), p.2283 - 2292, 2001/08

材料表層部、すなわち腐食層,表面改質層,薄膜,さらに照射材料など微小材料領域の力学特性評価手法として、微小押し込み試験法は有用である。これまでに、押し込み荷重-深さ曲線をもとに、逆解析的に応力-ひずみ曲線を決定することができることを示し、弾-完全塑性体としてモデル化できる脆性材料の腐食層、あるいは防食被膜の特性評価を行った。しかしながら、一般に構成式が指数関数型で表せる延性材料の場合には、定めるべき係数が多く、逆解析的に構成式を決定することが困難である。そこで、複数の形状の異なる圧子を用いた押し込み荷重-深さ曲線から、一義的に構成式を決定できる新たな手法を提案した。さらに、本手法をニッケル基合金及びアルミ合金に適用し、その有効性を示した。

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