遠心鋳造法による傾斜機能材料の設計と創成法の確立およびその強度評価

1996 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 07555348
• Research Institution: KYOTO UNIVERSITY
• Principal Investigator: 井上 達雄 京都大学, エネルギー科学研究科, 教授 (10025950)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 水野 衛 名古屋大学, 工学研究科, 助手 (70239250) ; 今谷 勝次 京都大学, エネルギー科学研究科, 助教授 (70191898) ; 星出 敏彦 京都大学, エネルギー科学研究科, 助教授 (80135623)
• Keywords: 遠心鋳造 / 金属複合材料 / 材料設計 / 変態-執-力学 / 強化材 / 残留応力

Research Abstract

遠心鋳造法を用いると,母材と強化材の比重差,母材の凝固に伴う粘性の変化によって強化材の分布を制御することが可能で,このための半径方向に機能を分布させた材料を創成することができる.本研究課題では,この鋳造の際の温度,凝固の様相,強化材の分布の実験的検討とMetallo-thrello-mevhanicsに基づく数値解析による理論解析によって複合材の強化機構を明らかにすることを試みた.得られた成果は以下のとおりである.
1実験的検討・・・まず,実験的検討として母材をアルミニウム(Al)合金,強化材を炭化珪素(SiC)粒子とした粒子強化金属基複合材料(MMC)の創成を縦型遠心鋳造装置を用いて行い,鋳造パラメーターの強化材分布に及ぼす影響と機械的特性の評価を行った.その結果,鋳型中心からの距離が遠いほど強化材の体積分率は増加するが,鋳型に接する付近ではその急激な冷却のため強化材が十分に移動する前に凝固することがわかり,このために鋳型を加熱することにより強化材側に移動することが確かめられた.創成したMMCの強化材体積分率および鋳造時にMMCが受けた遠心力と機械的特性を検討したところ,その剛性を検討したところ,その剛性は強化材体積分率が大きいほど高まったが,遠心力による加圧は母材・強化材間の接着力を向上させ,それがMMCの機械的特性に大きく関与していることがわかった.
2理論的検討・・・つぎに計算機援用材料設計学的アプローチとして,有限要素法による鋳造過程の数値解析を試み.種々の鋳造条件から強化分布と残留応用を求めた.その結果,上述の強化材分布ガ記述できることが確かめられるとともに,強化材の傾斜配分するためにはより鋳型を回転させる必要があることがわかった.また,MMCの残留応用は強化材が多く分布するほど残留応力も大きくなることが示された.

Research Products

• [Publications] Mamoru MIZUNO: "Simulation for Processing of Metal Matrix Composite" Novel Techniques in Synhthesis and of Advanced Materials. 405-418 (1995)
• [Publications] 水野衛: "遠心鋳造法による金属複合材料の創成とその弾性的特性の評価" 材料. (印刷中). (1997)