ハイに対する新たな洞察

Scientific Reports volume 6、記事番号: 23467 (2016) この記事を引用

1856 アクセス

27件の引用

3 オルトメトリック

メトリクスの詳細

半固体成形では、アルミニウムやマグネシウム合金など、低融点のいくつかの合金系でのみ粗粒微細構造が得られることはよく知られています。 この研究は、半固体成形により、チタン合金 Ti62Nb12.2Fe13.6Co6.4Al5.8 のナノ構造マトリックスとマイクロサイズの (CoFe)Ti2 双晶から構成される新規な二峰性微細構造も生成できることを示しています。 共晶変態によって誘発されてＴｉ６２Ｎｂ１２．２Ｆｅ１３．６Ｃｏ６．４Ａｌ５．８合金に二峰性微細構造を形成する半固体焼結は、他の既知の方法とは根本的に異なるアプローチである。 製造された合金は、1790 MPa の高い降伏強度と 15.5% の塑性ひずみを示します。 この斬新なアイデアは、半固体成形による高融点合金系のナノ粒子または二峰性微細構造の取得と、構造用途における高性能金属合金の製造に関する新たな洞察を提供します。

ナノ構造材料は、多くの場合、室温で低い延性を示し、転位能力が限られているため、加工硬化が非常に限定的または欠如しています1。 ナノ構造材料の延性を高めるための実現可能かつ実用的なアプローチの 1 つは、ナノスケールとミクロンサイズの粒子が共存する二峰性の微細構造を形成することです。 このような二峰性微細構造の形成により、単相ナノ構造材料や従来の粗粒材料と比較して、高い強度と延性の両方を備えたナノ構造材料が得られる可能性があります3。 一般に、このような二峰性の微細構造は、熱機械処理 4、粉末固化 5、再結晶化法 6、急速凝固 7 などのいくつかの方法で得ることができます。 特に、二峰性微細構造を有する多くのチタン合金は急速凝固によって製造されており、高い強度と大きな塑性を示します7、8、9、10、11、12、13。 例えば、Ti60Cu14Ni22Sn4Nb10 合金は 2400 MPa の強度と 14.5% の塑性ひずみを持ち 7、Ti63.375Fe34.125Sn2.5 は 2650 MPa の強度と 12.5% の塑性ひずみを示します 12。 急速凝固によって二峰性微細構造チタン合金を得るための典型的な冶金学的特性は、高温溶融物からミクロンサイズの体心立方晶（bcc）β-Ti 樹枝状結晶が優先的に核生成および成長し、その後、残りの液体が高密度で急速凝固することです。ナノ構造マトリックスを得るランダム充填構造7、8、9、10、11、12、13。

重要な材料加工技術の 1 つとして、半固体成形の中核的な特徴には、特殊な非樹枝状固体微細構造と、固相線温度と液相線温度の間に位置する適度な成形温度が含まれます14。 複数の分野にわたって統合され、鋳造、押出、鍛造、圧延などと組み合わせた一連の半固体成形法が自発的に開発されました。 しかし、現在の半固体成形には、通常、半固体合金スラリーを調製するための比較的複雑なプロセスが含まれており、残念ながら、アルミニウム合金やマグネシウム合金など、低融点の少数の合金系でのみ粗粒微細構造を生成することができます15。 これまでのところ、高融点を有する合金系、例えばチタン合金において、ナノ結晶または二峰性の微細構造を形成することは不可能である。

二元合金状態図16によれば、共晶温度で起こる典型的な共晶変態は、α + β ↔ L として表すことができます。ここで、α と β は 2 つの固体成分、L は液体状態です。 現在、アルミニウム合金やマグネシウム合金では、共晶変態に基づく半凝固形成時の液相は比較的緩やかなランダム充填構造となっている17。 これが、現在の半固体成形ではナノ結晶または二峰性の微細構造を得ることができない理由である。 そのため、次のような疑問が生じます。高融点の多相合金系における 2 つの固相の優先共晶反応から生じた液相が、高密度のランダム充填構造を持っている場合、この液相の組成はどうなるでしょうか。凝固の過程でナノ構造相/微細構造を形成する傾向がある17,18? このような液相からなる半固化状態は、前述の半固化状態とは異なることは言うまでもない。 急速凝固によるナノ構造またはガラス合金の形成に関する広範な研究 (例: 参考文献 17、18) によって裏付けられているように、高融点の多成分合金系では、高密度のランダム充填構造を持つ半固体状態が容易に得られます。ポイント。 高密度のランダム充填構造を有するこのような半固体状態の特性は重要である可能性があり、多成分合金系から半固体を形成することにより、ナノ粒子または二峰性の微細構造などの新構造材料を製造するために使用できる可能性があります。融点が高い。 これにより、現在の半固体成形、つまり低融点合金から粗粒微細構造の生成のボトルネックを打破し、高融点合金の加工能力や新たな微細構造の形成能力も向上する可能性がある。