2019 Fiscal Year Annual Research Report
Surface Mechanics Design Using Laser Cavitation and Its Practical Application for 3D Additive Manufacturing Material
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17H03138
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
祖山 均 東北大学, 工学研究科, 教授 (90211995)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
伊賀 由佳 東北大学, 流体科学研究所, 教授 (50375119)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 機械的表面改質 / キャビテーション / レーザ / 3次元積層造形材 / 表面力学設計 / ピーニング |
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| Outline of Annual Research Achievements |
１．パルスレーザで発生させた気泡の崩壊衝撃力による機械的表面改質：水中パルスレーザを用いた加工において，レーザアブレージョン無しに，レーザアブレージョン後に発生する気泡の崩壊衝撃力による機械的表面改質の可能性を明らかにするために，気泡の挙動を観察しながら金属製材料の塑性加工を試みた。その結果，アブレージョン無しに金属に圧縮残留応力を導入できることを明らかにした。
２．平滑化を併用した金属製３次元積層造形材のキャビテーションピーニング：キャビテーション噴流を噴射する水槽に砥粒を混濁したキャビテーションピーニングにより電子ビーム溶融法で積層造形したチタン合金を処理し，積層造形材の表面の平滑化と，圧縮残留応力の導入，加工硬化を同時に行い，砥粒を含有したキャビテーションピーニングによるチタン合金の疲労強度向上を実証した。さらに，表面粗さ，圧縮残留応力，表面粗さから，３次元積層造形したチタン合金の疲労寿命の推定式を見出した。
３．レーザキャビテーションによる金属製３次元積層造形材の疲労特性向上：電子ビーム溶融法で積層造形したチタン合金のレーザキャビテーションによる疲労強度向上を踏まえて，直接レーザ焼結法で作製したチタン合金をレーザキャビテーションで処理し，レーザキャビテーションによりチタン合金の疲労強度を向上できることを実証した。
４．表面力学設計の構築：電子ビーム積層造形したチタン合金を対象として，水中レーザピーニング，キャビテーションピーニング，水噴流加速式循環型ショットピーニングで加工し，インデンテーション試験を用いた逆問題解析により機械的表面改質層の降伏応力を求めるとともに，表面の残留応力をX線回折で計測し，さらに触針式粗さ計で表面粗さを計測して，降伏応力，残留応力，表面粗さから３次元積層造形したチタン合金の疲労寿命推定法を提案し，同推定法の妥当性を実証した。
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| Research Progress Status |
令和元年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和元年度が最終年度であるため、記入しない。
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