13th International Conference on the Mechanical Behaviourof Materials(lCM13)
熊本大学 先進マグネシウム国際研究センター
教授 安藤 新二（平成 30 年度 国際会議等参加助成 AF-2018063-X2）
キーワード：マグネシウム，圧痕，分子動力学シミュレーション，曲げ試験，結晶方位依存性

１．開催日時2019 年 6 月 11 日〜6 月 14 日

し，その変形機構を検討することを目的とした．
一片が約 14nm，厚さ約 5nm で 60,000 個の原子を含むモデル結晶を作成し，球状領域にある原子を押し出すことに

２．開催場所
RMIT University, Melbourne, Australia

よる仮想的な圧子をモデル結晶に押し当てることで，圧子圧入下の変形をモデル化した．Lennard-Jones 型２体間ポテンシャルを用い，モデル結晶の温度を 293K に設定した．

３．国際会議報告
3・1

会議の概要

図１に(0001)面における圧痕形状を示す．マグネシウムの実験と同じ円形の圧痕が得られた．その内部に発生した

この国際会議は，材料の強度や変形，疲労といった機械転位の分布を図２に示す．その結果，最初，内部の(0001)的性質に関する国際会議である．多くは金属材料の塑性変面に沿って転位ループが発生し（a),その後，非底面転位形機構に関する基礎的研究から，輸送機器等の構造部材なが交差すべりし（b），近接するすべり面にすべりが伝播す

どの合金開発に関するのであるが，それだけでなくセラミる機構が生じていることがわかった．

ックスや高分子材料，複合材料などの幅広い材料を含むものである．1971 年に京都から始まったものであり，4 年ごとに世界各地で開催されており 48 年の歴史がある．
今回は，全体で 442 件の研究発表があり，参加国はオーストラリアを始め，ドイツ，イギリス，フランス，アメリ
カ，カナダ，中国，韓国，ブラジル，スエーデン，イタリ
ア，インド，ロシア，チェコ，ペルー，スロベニア，ブルガリア，イランであり，日本からは 43 件の発表があった．
3・2

発表概要—マグネシウムにおける圧子圧入試験における変形挙動の分子動力学シミュレーション今回は博士前期課程の学生を１名同行し，２件の研究発表を行った．まず筆者は，Molecular Dynamics Simulation

図１of Dislocation Structure around Indentation in HCP(0001)面における圧痕形状Crystal（HCP 結晶の圧痕周囲の転位構造の分子動力学シミュレーション）というタイトルで口頭発表を行った．
マグネシウム合金は軽量であることから，近年，自動車や飛行機の材料として注目されている．しかし，結晶構造が HCP 構造であることから，結晶対称性が低く，荷重軸方位によって変形挙動が大きく異なるという方位依存性を示す．高精度な材料の加工においては，材料の変形特性を方位ごとに明らかにすることは重要なことである．これまでの当研究室の研究において，球状の圧子をマグネシウム結晶の表面に押し込むと，結晶面によって圧痕形状が円形あるいは楕円形になるなど，結晶方位によって大きく異なることが報告されている 1)．そのような形状がどのよう

図２ (0001)圧痕下における転位分布にして生じるかを直接観察することは難しい．そこで本研
究では，分子動力学シミュレーションにより，球状圧子を3・3押し込む過程を再現し，圧子直下での転位の活動を可視化

同行した大学院生は，Bending deformation behavior

発表概要—マグネシウム圧延材の曲げ変形挙動-

of rolled magnesium sheets（マグネシウム圧延板材の曲げ変形挙動）というタイトルでポスター発表を行った．

_
マグネシウムの主な変形機構は底面すべりおよび{1012}双晶である．しかし，底面に垂直および平行な引張や圧縮では底面すべりは活動できず，底面に垂直な圧縮や平行＿な引張では{1012}双晶は活動できない．ここで曲げ変形では，1 つの試験片に引張と圧縮の 2 つの応力が同時に作用するため，マグネシウムにおける変形挙動はより複雑になると考えられる．これまで単結晶試験片を用いた 3 点曲げ試験を行った結果，方位により底面すべりおよび双晶によ

図4

純マグネシウム圧延材の３点曲げ応力—変位曲線り異なる変形挙動が観察された 2)．一般にマグネシウムは圧延を行うと強い底面集合組織を持つことから，マグネシウム圧延材を曲げ加工する場合に，圧延方向に対する変形の異方性が現れると予想される．そこで本研究では，純マグネシウムの圧延材の曲げ変形挙動について圧延方位および結晶粒径に対する依存性を調査した．
熱間圧延と焼鈍により，粒径約 20,50,100μm の圧延材_を作製した．圧延材は{0001}<1120>集合組織を示した．これより図 3 に示す２種類の多結晶試験片を作製した．RD,ND, TD はそれぞれ圧延方向，圧延面垂直方向，幅方向である．試験片寸法は 3x3x25mm とし，スパン L = 14mm で３

図5

点曲げ試験を行った．

曲げ試験時の試験片形状

図 4 に３点曲げ応力-変位曲線を示す．降伏応力は，いずれも粒径 20μm では約 85MPa，100μm では約 50MPa とな

図 6 は同行した大学院生のポスター発表の様子である．

り，ホールペッチの関係を示した．TN 試験片では降伏後海外の研究者に対し英語による発表および議論することほぼ直線的に加工硬化するが，TR 試験片では降伏後の加を学生の今後の研究において良い経験になったといえる．

工硬化は TN 試験片より緩やかで，歪 7%程度で加工硬化の傾きが高くなるといった違いが生じた．
図 5 に曲げ変形における試験片形状を示す．TN 試験片
では圧縮側で双晶が発生し，その双晶が中立軸を超えて引張側まで広がっていた．TR 試験片では，圧縮側の双晶に加えて，支持部間全体で底面すべりが発生していた．このように２つの変形機構が活動できるため，加工硬化の程度が低くなったと考えられる．また TN 試験片は V 字型であるが，TR 試験片は支持部のところでも折れ曲がりが生じ，「ひ」の字型の形状を示していた．これは TR 試験片では底面すべりが，支持部の間でのみ活動したためであり，単結晶試験片で見られたもの 2)と同様の機構であると考え

図6

学生のポスター発表の様子られる．これによって生じた Gull arm angleθは，結晶謝粒系が大きいほど大きくなった．

辞

以上のようにマグネシウ圧延板材を曲げ加工する場合

本研究の一部は，公益財団法人天田財団平成 26 年度一には，結晶粒径および集合組織の影響により，曲げ変形後般研究開発助成（AF-2015037）により実施したものである．の形状に違いが生じることがわかった．

本国際会議等参加助成と合わせて，深い感謝の意を表する．

参考文献
1) H. Kitahara, T. Mayama, K. Okumura, Y. Tadano,
M. Tsushida and S. Ando, Acta Materialia,
78(2014), pp.290-300.
2)
図3

純マグネシウム圧延板材の３点曲げ試験片北原弘基，津志田雅之，安藤新二：日本金属学会誌,
80 (2016), 102.