　チタン合金において強度-延性(靱性)の高レベルでの協調化は重要な課題であり、本研究ではα'マルテンサイト組織を利用した高度化の可能性を評価致しました。

　その結果、適切な条件で加工・熱処理を施すことで、HCP相の(α+α')duplex組織を形成し、高レベルでの強度-延性バランスを示すことが明らかとなりました。更にα'マルテンサイト変態では6つのバリアントが生成し、微細組織であるために、α相の優先配向を緩和しランダム配向を呈すために機械的特性の異方性も緩和されます。(本成果はINSA de LYON(フランス)との共同研究の成果であり、現在は医療用の用途に応用研究が行われています)

　これまでチタン合金におけるα'マルテンサイトは“弱くて脆い”という認識がありました。これは組成でnear-αなα型および(α+β)型合金で観察される現象であり、結論から、これはマルテンサイト相本質で低延性を示すのではなく、バリアント界面もしくは{10-11}双晶界面で生成する微細な拡散β相が悪影響を及ぼすことを見出しました。つまり、微細β相との界面で強い応力集中を受け、変形過程での突発的な破壊を助長し、結果として低延性となると考えられます。実際、高温でのβ単相域からの溶体化焼入れで形成するα'マルテンサイト組織には双晶界面で微細なβ相が形成し、一方で(α+β)2相域から処理をした場合では、焼入れ前のβ相中にてVが多く含有し、見掛けのマルテンサイト変態点を下げ、マルテンサイト変態課程で拡散β相の生成を抑制させます(下図参考)。そのため変形で重要な役割を担う{10-11}双晶の可動度を増加させ、(α+α')duplex組織で高延性を示す要因となります。

　(α+α')duplex組織を有するTi-6Al-4V合金の変形はマルテンサイト内部では{10-11}双晶が活発に活動して、高延性化されます。一方で破壊挙動については、従来の延性金属で観察されるディンプルを伴う破壊挙動を示すのではなく、α'マルテンサイト単相材の破壊挙動と同様に劈開的な挙動を示します。今後はこの破壊挙動を抑制する設計が必要となります。(下図はX線トモグラフィーを用いた変形・破壊挙動を示しています。)