第３章．材料の強化機構.

Presentation on theme: "第３章．材料の強化機構."— Presentation transcript:

1 第３章．材料の強化機構

2 金属材料の強化機構 金属強度が高くなる（強度が高い）主原因は何か？ 答え ： 材料がすべり変形を起こし易いかどうか
答え　：　材料がすべり変形を起こし易いかどうか すべり変形を起こしにくい材料 転位の移動を起こしにくくする 転位を全く含まない結晶 転位の移動を抑制する ・　固溶強化 ・　析出強化 ・　結晶粒微細化強化 ・　加工強化　　　　　　　　　など ウイスカー（whisker） 直径数μm 小さい寸法に限定される

3 金属材料の強化機構事例（１） ＊新日鉄はTRIP鋼(Transformation Induced Plasticity)を 世界で初めて実用化しました

4 金属材料の強化機構事例（２） 結晶粒超微細化により、室温で超塑性を実現

5 3.1 固溶強化 ＋ 純金属 他元素 （点欠陥をわざと作り出す） 内部ひずみ 転位の移動を抑制 （溶媒金属） （溶質金属）
合金元素　at% 降伏強さ　MPa 図3.1　α鉄の降伏強さに及ぼす 　　　　　　　置換型固溶元素の影響 内部ひずみ 転位の移動を抑制 純金属 （溶媒金属） （溶質金属） 他元素 ＋ 固溶強化効果が大きい 傾きが大きいほど ①　置換型固溶元素の場合 置換原子 ・　原子半径の差 ・　電子構造の差 完全結晶 ②　侵入型固溶元素の場合 転位の部分に集まる コットレル固着 他元素 N C

6 3.2 析出強化1（状態図） 時効 ： L 温度 L ＋ α L ＋ β α T0 × 人工時効温度 T１ α ＋ β T２ T３
Ａ T0 × 人工時効温度 T１ α ＋ β T２ T３ 常温時効温度 T４ B元素　（％） 図3.2　析出硬化型合金の状態図 時効　：　 急冷された、もしくは加工された金属材料が 　　　　　ある温度下において時間と共に、その機械的性質が変化すること

7 3.2 析出強化2（析出の仕方） （b） 急冷～急に温度を下げる α （a） 徐冷～ゆっくり温度を下げる （b）急冷 （a）徐冷 α＋β
β：セメンタイト （b）　急冷～急に温度を下げる α相のみ　⇒　βが成長するための時間がない ⇒　αの中にβが点在するようになる α＋β（パーライト） α T1 T0 β β：セメンタイト （a）　徐冷～ゆっくり温度を下げる α相のみ　⇒　αにβのものが出てくる　（析出） 急冷 α （b）急冷 （a）徐冷 α α：フェライト (a) 徐冷 温度 (b) T2 T4 T3 α＋β 時間

8 3.2 析出強化3 λ （a） （b） （c） （d） 図3.4　析出硬化材の転位の移動機構

9 3.3 結晶粒微細化強化 粒界 d 粒内 図3.5　結晶粒界のすべり抑制効果

10 3.3 結晶粒微細化強化 結晶粒を小さくする 転位が出会う粒界の 数が多くなる 転位の移動を妨害 d -1/2 [mm -1/2]
（結晶粒径の減少） （下）降伏点　MPa 図3.6　降伏点の結晶粒径依存性 転位が出会う粒界の 数が多くなる 転位の移動を妨害 強化 ホール・ペッチの式(Hall-Petch’s equation)

11 3.4 加工強化 加工硬化 σ 引張強さの増加量 MPa 加工する（塑性変形させる） 伸び ％ σが増加している（強化） ε
伸び　％ 冷間加工度　％ 図3.7引張強さおよび伸びに及ぼす冷間加工度の影響 加工硬化 ε σ 加工する（塑性変形させる） σが増加している（強化） 塑性変形（加工する） 転位密度の増加 転位の移動が難しくなる 強化

12 3.5 マルテンサイト強化 炭素鋼 ［ マルテンサイト組織 ］ 炭素原子 ・ 転位の密度が大きい ⇒ 加工強化
・　転位の密度が大きい ⇒　加工強化 マルテンサイト組織　：　体心正方晶 ・　Cが過飽和状態 ⇒　固溶強化 ⇒　結晶粒微細化強化 ・　組織が微細である 1.5％炭素鋼中のマルテンサイト組織 オーステナイト（γ） 　：　 面心立方格子（fcc） マルテンサイト変態 急冷 … Feの構造のみ変化

13 3.6 圧縮残留応力による強化 残留応力とは ‐σr （圧縮残留応力） σ σap=σ‐σr （実際にかかる応力） 圧縮残留応力 大きな材料
下の大きさに合わせようとして圧縮を受ける 引張を行う前に 圧縮残留応力（‐σr）を加える 大きな材料 σ ‐σr　（圧縮残留応力） 上の大きさに合わせようとして引張を受ける 引張残留応力 小さな材料 σap=σ‐σr　 　　　（実際にかかる応力）

14 まとめ まとめ ※　第三章のキーワード 固溶強化、析出強化、結晶粒径微細化強化、 加工強化、マルテンサイト強化、圧縮残留応力による強化