別紙42 (課程博士(和文))2022年
機械工学専攻氏名

学籍番号第 179101号

指導教員

2月24日

戸高 義一
三浦 博己

佐藤宏和

論文内容の要旨(博士)
博士学位論文名

転位挙動制御された結晶金属の塑性加工に伴う微細組織形成に関する研究(要旨 1,200字程度)
金属材料の諸特性の向上を目的とした結晶粒の微細化に関する研究が注目されている.結晶粒の微細化は塑性変形によって試料内に転位を蓄積させ,転位セル壁の形成/高角化を生じさせることで達成される.従って,試料中での転位の挙動と微細組織形成は箱接に関係しており,結晶粒径の制御を行う上でこれらの理解は重要となる.様々な転位挙動がある中で,本研究では加工条件や材料物性,水素と格子欠陥との相互作用によって制御可能な転位の移動方向や転位の交差すべりの頻度,転位の導入量に着目した.これらの転位挙動を単一もしくは複合的に制御し,微細組織形成に与える転位挙動の影響を明らかにすることを目的とした転位の移動方向が微細組織形成に及ぽす影響を調査するために,純Feに対して正のひずみを付与し続けるm、HPTと正と負のひずみを交互に付与するC、HPTを行い,得られる最小の結晶粒径d、'についての比較を行なった.m・HPTでは一定のd品,を示したが,C・HPTではひずみの導入方向を反転させるまでに導入するひずみ量1士厶ε1が小さくなるに従い,dゞは粗大となった.C・HPT では粒内で活動する転位が減少し,形成される転位セル壁の方位差が小さくなることで,転位の移動方向の反転に起因して車測立セル壁の分解が生じやすくなることを明らかにした.従って,C・HPT における d甜の1士厶ε1依存性は,1士厶ε1の減少に伴う粒内で活動する転位の本数の減少に起因していると考えられる転位の交差すべりの頻度と転位の導入量が微細組織形成に及ぼす影響を調査するために,化学組成毎に積層欠陥エネルギーや流動応力が異なるNi、Fe合金に対してm、HPTを行なった.交差すべりの頻度が低下,もしくは転位の導入量が増加するNi、Fe合金ほど4.、が微細となった1剣立の移動方向の要素を加えた複合的な効果が税郊畔餅哉形成に及ぼす影粋を調査するために,Ni・Fe合金に対してC・HPTを行なった.純Feと同様に1士厶ε1が小さくなることで, Ni・Fe合金のd、.は粗大となった.C・HPTにおいても,4,.に対する転位の導入量の影響は認められたが,転位の交差すべりの頻度の影響は小さくなった.これは,C、HPTでは転位は往復運動であり,個々の転位の移動範囲がm、HPTと比較して限定的となるため,交差すべりを必要とする障害物に遭遇する頻度が低くなったことに起因すると考えられる
純Feに水素チャージを行い,水素と格子欠陥との相互作用による転位挙動の変化が微細組織形成に及ぽす影響を調査した.水素チャージ後にm、HPTした試料は未チャージの試料よりも微細な結晶粒を示した.この結晶粒微細化促進効果は水素による遮蔽効果と水素・空孔クラスターの形成によって,多くの転位が導入されたことに起因する.水素チャージ後にC・HPTした試料は,未チャージの試料より微細なd、.、であったが,純Feと同様に1士厶ε1が小さくなることでd品.は粗大となった
純金属であり結晶構造の異なる純Fe(BCC構造)と純Ni(FCC構造)と合金でありFe含有量によって材料物性の異なる複数種のNi、Fe合金を供試材として調査を行うことで以下の結論を得た、転位の移動方向が反転する場合,d品、は1士厶ε1の減少によって粗大になる傾向にあり,結晶構造や材料物性に依存しない現象と考えられる.従って,いかなる結晶金属が対象であっても,結晶粒の微細化を目的とした加工の場

合,1士厶ε1が大きな加工を用いる必要がある.また,材料物性が転位挙動に与える影響を理解することで,結晶粒径の御Ⅱ卸に利用することができる,一方で複数の転位挙動が同時に変化する場合,単一の転位挙動が微細組織形成に与える影響の大きさは変化するため,単一かつ複合的な影響について配慮する必要がある.これらの知見は加工による組織制御を行う上で重要な指標になると考えられる

別紙4

1 (課程博士(英文))Date of submission (1nonth day, year)
Departmentof

Yoshikazu Todaka
S加dentlD Number

D179101

MechaT)icalEngineerin牙
Pplicant's nameFebruary 24,2022

SupeTvisoTS

HiromiMiura

Hirokazu sato

Abstract (Doctor)
Title ofThesis

Study on microstructure development during plastic deformation
血 Crysta11ine metals with contr0Ⅱed dislocation behavior

Approx.80o words

Research on grain refinement for improving the properties of meta11ic materials has been
attracting attention. The grain refinement is achieved by accumulating dislocations in a

Sample through plastic deformation,、Nhich results in the formation and development ofdislocation ce11 、刃a11S. Therefore, the dislocation behaviors in a sample are closely related tothe microstructure development, and understanding these relationships is important forContr011ing grain size. W"hile there are various dislocation behaviors, in this study,、 ,e focus
On the direction of dislocation movement, the 介equency of dislocation cross・slip, and theamount of dislocation introduction,、Nhich can be contr0Ⅱed by the processing conditions,Physical properties, and the interaction bet、Neen H and lattice defects. The purpose of thisStudy 、Nas to controlthese dislocation behaviors singly or multiply, and to clarify the effect ofdislocation behaviors on microstructure development.
To investioate the effect of the direction of dislocation movement on the microstructuredevelopment, m・HPT 、へlith continuous positive strain and c・HPT 圦/ith alternating positive andnegative strain were applied to pure Fe, and a minimum d部 at 、Nhich the microstructuredevelopment is in steady・state 、Nere compared.1n the m‑HPT, the d$S 、¥as constant.1n theC・HPT, the d諮 became coarser due to the decrease in the strain amount during one‑pasS 1士厶ε 1.
In the c・HPT, the one・pass is defined the process until the direction of strain introduction isChan号ed. As the number of active dislocations in the grains decreases and the misorientation
Of the dislocation ce11 Wa11S fonned becomes sma11er, the dislocation ceⅡ、va11S are more

Iikely to decompose caused by the inversion ofthe dislocation migration direction. Therefore,
the 1士Z1ε l dependence of ds$in c・HPT can be attributed to the decrease in the nulnber of active

dislocations in the grain with decreasing 1士dε 1.
To investigate the effect of the frequency of dislocation cross・slip and the amount ofdislocation introduction on the microstructure development, the m・HPT 、Nas applied to theNi・Fe aⅡoys 、Nhose dislocation behavior varieS 圦ノith Fe content. The dss of Ni・Fe aⅡoys
became finer 、¥ith increasing Fe content. This is caused by a decrease in the frequency ofdislocation cross・SHp and an increase in the amount of dislocation introduced.

To investigate the combined effect of multiple dislocation behaviors, the c・HPT was applied
to the Ni・Fe aⅡoys. AS 1士Z1ε l decreased, the dss of Ni・Fe aⅡoys became coarser, which 、NasSimilar to the trend of pure Fe.1n the c・HPT, the effect of the amount of dislocation

introduction on dSタ、Nas recognized 、Nhile the effect of the frequency of dislocation cross・slip、vas smaⅡer comparing 、vith the m・HPT.1n c・HPT, the dislocation movement isreciprocation, and the range of movement of individual dislocation is more limited than inm・HPT. Therefore, it is assumed that the frequency of encountering obstacles that require
Cross・sliding is reduced,、刃hich lead to a reduction in the effects of cross・slip.
Ihe effect ofthe change in dislocation behavior due to the interaction bet、刃een H and latticedefect on the microstructure development 、Nas investiσated by charging H to pure Fe.1n them・HPT, H・charged sample showed finer d" comparing 、¥ith non・charged sample. ThePromotion effect of H on grain refinement is attributed to the increased amount of dislocation

introduced by the shielding effect of H atoms and the formation of vacancy・H clusters.1n theC・HPT, the d郡 of H・charged sample 、Nas also finer than comparing 、vith the non、chargedSample. AS 1士厶ε l decreased, the d部 of H・charged sample became coarser, which was similar
to the trend of pure Fe. Therefore, for microstructure development, it is presumable that theChange in dislocation behavior caused by the interaction between H and lattice defect and theeffect ofthe direction of dislocation movement are compatible.
The tendency for dssto become coarser aS 1士厶ε l decreases was recognized in each sample,and it is suggested to be an essential phenomenon that does not depend on the crystal
Structure or physical properties. Therefore, for the purpose of grain refinement, it isrecommended to use a deformation process 、和ith large 1士厶ε 1. understanding the effect ofPhysical properties on dislocation behavior can be applied to microstructure contr01.
However, the magnitude ofthe effect of a single dislocation on microstructure development isdifferent when multiple dislocation behaviors are in conflict. Therefore, the effect of multiple
dislocation behavior must be taken into account.1hese finding are important indicator for
microstructure control by deformation process.