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金属・合金材料研究


(1) 実験テーマ名
微小重力環境でのAl-Ti包晶系合金の凝固組織

(2) 代表研究者
茂木 徹一(千葉工業大学)

(3) 実験目的
 アルミニウム・チタン合金組織の微細化機構の解明に向けた研究を行います。
 工業用アルミニウム合金の連続鋳造において行われている、チタン合金等の微細化剤の添加による凝固組織の微細化機構を解明するため、結晶核の対流による遊離のない微小重力環境下で溶融・凝固実験を行います。
 鋳造合金等では機械強度などの品質向上のため合金組織の微細化を図っておりますが、その理論の詳細は未だ明らかにされておらず、専ら経験によって行われているのが現状です。本実験の成果は、凝固組織制御技術および鋳造欠陥の発生防止対策を確立するための理論を構築することに寄与するものとなります。

(4) 実験方法
 円筒状の多結晶アルミニウム・チタン合金の中に、縦方向に一方向凝固をさせた円柱状の合金試料を外側の円筒状試料と密着するように打ち込んで組織を二重構造にした材料を用います。この試料を用いることにより、周囲にTiAlの結晶核がのこる800℃の実験では、周囲から凝固が進み、横方向に凝固組織が進展します。微小重力下では、周囲にあるTiAlの核が対流により中央部に移動することがないため、地上で観られるような中央部の独立した組織は生成しないものと考えられます。




実験の概念図



 また、TiAlの結晶核も溶融する1400℃の実験では、組成の違いによる組織の大きさの差異と、ホウ素(ボロン)の添加による組織の微細化についての実験を実施します。


実験温度プロファイル



(5) 実験試料
 アルミ・チタン合金(Ф13mm×15mmL)×3個×2炉体(2実験温度)
  (1400℃:Al-0.15%Ti試料、Al-1.3%Ti試料、Al-0.05%Ti-0.01%B試料)
  (800℃:Al-0.05%Ti試料、Al-0.15%Ti試料、Al-0.05%Ti-0.01%B試料)
 
※拡散実験の試料と同様に、バネにより自由表面の発生を防止し、マランゴニ対流の影響を回避します。
 
実験試料

(6) 実験装置
 多目的均熱炉
 本実験では2炉体を使用します。試料の坩堝には、アルミと反応性の少ないジルコニアを用いております。またガス冷却によるサンプルの急冷が行えるようになっております。
 
多目的均熱炉


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