Clarification of fatigue fracture mechanism on dissimilar joint by FSW and improvement of reliability the joints
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19K04100
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 18010:Mechanics of materials and materials-related
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| Research Institution | National Institute of Technology, Toyama College |
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Principal Investigator |
岡根 正樹 富山高等専門学校, その他部局等, 教授 (90262500)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2022: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2020: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2019: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
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| Keywords | FSW / 異種金属接合体 / 疲労強度特性 / ADC12 / A6063 / S45C / デジタル画像相関法 / 自然時効 / 摩擦攪拌接合 / 鉄鋼材料 / アルミニウム合金 / 摩擦攪拌 / 疲労特性 / 疲労破壊過程 / 疲労強度 |
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| Outline of Research at the Start |
申請者らは，これまで，摩擦攪拌接合（FSW）による，鉄鋼材料/Al合金異種金属接合体の基本的な疲労特性を検討し，負荷レベルに依存して疲労破壊形態が変化することや，疲労特有の破壊形態を呈すること等を明らかにした．しかしながら，それらが発現する原因は未だ不明である．本接合材の場合，疲労破壊の発生箇所は，FSW特有の複雑な組織内である．したがって，疲労強度特性を明らかにするためには，その組織内で進行する疲労破壊のメカニズムを明らかにする必要がある．本研究は，本接合体における疲労破壊のメカニズムを明らかにし，より高強度で信頼性の高い異種金属接合体を創製するための最適接合条件の構築への寄与を目指す．
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| Outline of Annual Research Achievements |
前年度までの研究から，FSWによるADC12/S45C接合体の場合は，攪拌領域内では，ADC12に含まれる針状のSi粒子が，攪拌されて砕かれ，微細な粒状のSi粒子となり，疲労破壊が，両者の境界近傍で発生することが明らかになっている。最終年度の研究では，主に，疲労破壊の起点となる両者の境界を排除するため，攪拌領域を拡張したADC12/S45C接合体作製し，その疲労強度特性について検討した。
その結果，FSWによる接合後に，攪拌領域を拡張させた試料では，これまで発現しなかった，接合界面での疲労破壊が生じ，強度も低下する結果となった。これは，接合時に，界面に適量生成され，接合効果を生む化合物層が，攪拌領域を拡張させる際に発生する熱の影響で，過度に成長してしまった結果であることがわかった。
そこで，攪拌領域拡張時に発生する熱が，接合界面の化合物層に影響を与えないようにするため，あらかじめ，攪拌領域を拡張させたADC12を作製し，その試料とS45CをFSWにより接合し疲労強度特性の検討を行った。その際，攪拌領域の拡張方向が，応力負荷方向に垂直なものと，平行なものを用意して検討したが，いずれの疲労強度も，大幅に低下する結果となった。疲労破壊の発生箇所は，攪拌領域を拡張する際に生じた，Si粒子の密度が異なる領域どうしの境界，もしくは，攪拌領域を拡張させた領域と，接合時の攪拌領域との境界で発生していた。
本研究では，研究期間全般を通して，主に，FSWによる，ADC12/S45C接合体，A6063/S45C接合体の疲労強度特性と，疲労破壊のメカニズムの検討を行った。結果的には，いずれの接合体においても，攪拌領域と母材等の境界，すなわち，微視組織が変化する境界と位置づけられる領域が，最も弱い箇所となり，そこで，疲労破壊が発生すること等を明らかにした。
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Report
(5 results)
Research Products
(16 results)
