2016 Fiscal Year Annual Research Report
機械特性向上のためのフェムト秒レーザピーニング技術の開発
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16H04247
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
佐野 智一 大阪大学, 工学研究科, 准教授 (30314371)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
松田 朋己 大阪大学, 工学研究科, 助教 (30756333)
廣瀬 明夫 大阪大学, 工学研究科, 教授 (70144433)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | フェムト秒レーザ / レーザピーニング / フェムト秒レーザー駆動衝撃波 / アルミニウム合金 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
申請者らはこれまで、フェムト秒レーザピーニングによって疲労特性や硬さといった機械特性が向上すること、高密度転位を有する特異なナノ結晶が形成されること、さらにピーニング初期過程ではこれまで予想されなかったような超高速でかつ巨大に変形することを見出してきた。しかしながら、これら機械特性、微細組織、および格子ひずみの動的挙動の相関関係は明らかになっていない。そこで本研究では、これらの相関関係を明らかにすることによってピーニング効果発現機構を解明し、さらにフェムト秒レーザピーニング施工条件を最適化し、溶接部への適用の指針を導くことによって、機械特性を向上させるための「生産加工技術」としてフェムト秒レーザピーニング技術を確立することを最終目標とする。フェムト秒レーザピーニング技術の航空機部品への適用を目指し、航空機産業で広く用いられている3種類のアルミニウム合金A2024-T3、A6061-T6、A7075-T73を供試材料として用いる。
今年度は、当初計画の「（１）フェムト秒レーザピーニング施工条件が機械特性および微細組織に及ぼす影響の評価」と「（２）フェムト秒レーザピーニング効果発現機構の解明とモデル構築」だけでなく、平成30年度以降に取り組む予定であった「（４）フェムト秒レーザピーニングによる溶接継手の性能向上」にも計画を前倒しして取り組んだ。その結果、アルミニウム合金母材だけで無く、アルミニウム合金の溶接継手の疲労特性も向上させることに成功した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
本研究では、4年間で以下の4つの大項目に取り組む予定である；（１）フェムト秒レーザピーニング施工条件が機械特性および微細組織に及ぼす影響の評価、（２）フェムト秒レーザピーニング効果発現機構の解明とモデル構築、（３）新しいレーザパラメーターの導入および施工条件の最適化、（４）フェムト秒レーザピーニングによる溶接継手の性能向上。当初計画では、今年度は（１）と（２）に取り組む予定であったが、これらが順調に進み、さらにアルミニウム合金を複数の手法で溶接することが出来たため、計画を前倒しして（４）にも取り組んだ。その結果、（１）と（２）だけでなく、（４）でも良好な結果を得ることが出来た。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成29年度は、研究項目「（１）フェムト秒レーザピーニング施工条件が機械特性および微細組織に及ぼす影響の評価」と、研究項目「（２）フェムト秒レーザピーニング効果発現機構の解明とモデル構築」のうち、「(2-1) 機械特性と微細組織の相関関係の明確化」と「(2-2) 微細組織とその場計測結果の相関関係の明確化」を完結し、論文を執筆する。「(2-3) 圧縮過程の温度計算」と「(2-4) 機構解明とモデル構築」には引き続き取り組む。研究項目「（３）新しいレーザパラメーターの導入および施工条件の最適化」のうち、「(3-1) レーザパルスの空間プロファイルの影響評価」に新たに取り組む。研究項目「（４）フェムト秒レーザピーニングによる溶接継手の性能向上」のうち「(4-1) フェムト秒レーザピーニング処理された溶接継手の特性評価」には計画を前倒しして取り組み既に良好な結果が得られているため、さらに計画を前倒しして「(4-2) 溶接継手の性能向上のための指針」にも取り組む。
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[Journal Article] Femtosecond laser peening of 2024 aluminum alloy without a sacrificial overlay under atmospheric conditions2017
Author(s)
Tomokazu Sano, Takayuki Eimura, Ryota Kashiwabara, Tomoki Matsuda, Yutaro Isshiki, Akio Hirose, Seiichiro Tsutsumi, Kazuto Arakawa, Tadafumi Hashimoto, Kiyotaka Masaki, Yuji Sano
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Journal Title
J. Laser Appl.
Volume: 29
Pages: 012005-1-7
DOI
Peer Reviewed
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[Presentation] Improvement of Fatigue Properties of Laser-welded 2024-T3 Aluminum Alloy Using Femtosecond Laser Peening2016
Author(s)
Takayuki Eimura, Tomokazu Sano, Akio Hirose, Seiichirou Tsutsumi, Masami Mizutani, Yousuke Kawahito, Seiji Katayama, Kazuto Arakawa, Ayumi Shiro, Takahisa Shobu, Kiyotaka Masaki, and Yuji Sano
Organizer
Materials Science & Technology 2016 (MS&T'16)
Place of Presentation
Salt Palace Convention Center, Salt Lake City, USA
Year and Date
2016-10-23 – 2016-10-27
Int'l Joint Research
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[Presentation] Effects of femtosecond laser peening on fatigue properties of laser-welded 2024 aluminum alloy2016
Author(s)
Takayuki Eimura, Tomokazu Sano, Akio Hirose, Seiichirou Tsutsumi, Masami Mizutani, Yousuke Kawahito, Seiji Katayama, Kazuto Arakawa, Ayumi Shiro, Takahisa Shobu, Kiyotaka Masaki, and Yuji Sano
Organizer
The International Symposium on Visualization in Joining & Welding Science through Advanced Measurements and Simulation (Visual-JW) 2016
Place of Presentation
ホテル阪急エキスポパーク
Year and Date
2016-10-17 – 2016-10-18
Int'l Joint Research
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[Presentation] Femtosecond laser peening for improvement of fatigue properties of laser welded 2024 aluminum alloy2016
Author(s)
T. Sano, T. Eimura, A. Hirose, S. Tsutsumi, M. Mizutani, Y. Kawahito, S. Katayama, K. Arakawa, A. Shiro, T. Shobu, K. Masaki, Y. Sano
Organizer
69th IIW Annual Assembly and International Conference
Place of Presentation
Melbourne, Australia
Year and Date
2016-07-10 – 2016-07-15
Int'l Joint Research
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[Presentation] Femtosecond laser peening for improvement of fatigue properties of laser welded 2024 aluminum alloy2016
Author(s)
T. Sano, T. Eimura, A. Hirose, S. Tsutsumi, M. Mizutani, Y. Kawahito, S. Katayama, K. Arakawa, A. Shiro, T. Shobu, K. Masaki, Y. Sano
Organizer
10th International Conference on Residual Stresses
Place of Presentation
Sydney, Australia
Year and Date
2016-07-03 – 2016-07-07
Int'l Joint Research
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