2016 Fiscal Year Research-status Report
摩擦攪拌による異種金属接合体の疲労破壊過程の解明と強度向上に関する基礎的検討
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15K05704
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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, 機械システム工学科, 教授 (90262500)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 摩擦攪拌 / 摩擦攪拌接合 / 異種金属接合体 / 疲労強度 / 疲労破壊 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，摩擦攪拌接合（FSW）による異種金属接合体の創製と基本的な疲労強度特性の把握ならびに破壊過程の解明，さらに，それに基づいた接合体の強度向上を目的としている．これまで，A6063合金と炭素鋼S45Cを，摩擦攪拌により突き合わせ接合した接合材を供試材としており，昨年度までは，接合体内で強度に分布が生じる等，安定した接合体を得ることがやや困難であった．そこで，接合体の組織観察や予備的な強度試験の結果から，詳細な接合手順を見直し，新たな手順を付与することで，ほぼ強度の安定した接合体を得ることが可能となった．
得られた接合体から疲労試験片を機械加工し，それらを用いた疲労試験を実施した．その結果，同じ接合条件であっても，接合体の違いによって疲労破壊形態が異なる場合があり，結果的に疲労強度（寿命）が異なることがわかった．すなわち，接合による攪拌部（SZ）を起点として疲労破壊する場合が最も低強度で，ついで，接合界面で破壊する場合，最も高強度なのがA6063内の熱加工影響部（TMAZ）と熱影響部（HAZ）との境界近傍を起点とする場合であった．SZ部を起点とする場合は，SZ部内に存在する欠陥を起点として疲労き裂が発生しており，TMAZ部とHAZ部との境界近傍を起点とする場合は，接合加工による軟化領域と母材部の境界で，硬度が急激に変化する領域を起点としていた．
A6063は析出硬化型Al合金であるため，適切な熱処理により硬度，強度の向上が期待される．そこで，接合済の供試体に，T6処理に準拠した熱処理を施したところ，接合状態にはほとんど影響を与えることなく，軟化領域の硬度が回復することがわかった．また，この試験片を用いた疲労試験を実施したところ，SZ部に欠陥がある場合でも，それらを起点とした疲労き裂が発生するものの破断にまでは至らず，疲労強度が25%程度向上することが明らかとなった．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
昨年度までは，摩擦攪拌による，強度の安定した接合体を得ることが困難であったが，今年度その接合プロセスを見直したことで，安定した接合体を得ることができるようになった．これにより，疲労試験による基本的な疲労強度特性の把握や，疲労破壊過程の検討を行っている．また，接合体へ熱処理を施すことで強度の改善が期待されるなど，当初，予定していなかった追加の検討により得られた知見もあり，ほぼ，順調に進展しているものと考えられる．
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| Strategy for Future Research Activity |
今年度は，まず，昨年度に引き続き，A6063/S45C異種金属接合体の疲労強度特性の把握と，疲労破壊過程の解明を試みる．その過程で，接合体への後熱処理条件の違いによる，疲労強度特性の検討を行い，強度が最も高くなる処理条件の検討を行う．疲労破壊過程の検討においては，シミュレーションによる解析的な手法も加味する予定である．これまで検討してきたA6063は展伸材であるが，展伸材とならんで用途の広い，ダイカストAl合金と炭素鋼からなる異種金属接合体の創製と強度評価に着手し，接合条件や強度，破壊過程などの検討を行い，展伸材/鉄鋼材料とダイカスト材/鉄鋼材料の疲労強度特性について比較検討を行う．
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| Causes of Carryover |
購入を予定していた解析用のソフトウェアが，当初の想定を大きく上回る金額であることが判明し，ソフトウェアの再選定を余儀なくされたため．また，2017年度中に予定している国際学会での発表に係る渡航費用の支出を検討しており，その金額確定まで支出を控えているため．
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
購入予定の解析用ソフトウェアについては，ほぼ選定の目途が立っており，また，国際学会での発表に係る渡航費用も，6月中には確定の見込であることから，年度内前半には大半の支出が完了する見込である．
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