2021 Fiscal Year Annual Research Report
Construction of electron beam 3D printing metallic materials
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18H03834
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
千葉 晶彦 東北大学, 金属材料研究所, 教授 (00197617)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
小泉 雄一郎 大阪大学, 工学研究科, 教授 (10322174)
山中 謙太 東北大学, 金属材料研究所, 准教授 (30727061)
青柳 健大 東北大学, 金属材料研究所, 助教 (90636044)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 金属積層造形 / 電子ビーム積層造形 / ニッケル基超合金 / 溶接困難合金 / 高温割れ / インコネル713ELC / インコネル713C / Alloy713ELC |
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| Outline of Annual Research Achievements |
溶接不可能な超合金をPBF-EBで処理することは近年広く研究されてきたが、GBクラッキングのメカニズムは不明である。PBF-EBで製造された溶接困難超合金のGB割れは、機械的および組成的効果を含む複数の要因の相互作用の影響を受ける。液化メカニズムは詳細に研究されているが、PBF-EBプロセスの高次元プロセスパラメータ空間とスキャン戦略が複雑であるため、GBクラッキングを引き起こす機械的効果についての詳細な理解が不足している。さらに、GBクラッキングメカニズムを（Al + 0.8Ti）の含有量に基づく溶接困難性の基準と相関させる必要がある。
本研究は、機械学習に基づく方法を適用して、Alloy713ELCの高次元PBF-EBパラメーター空間を最適化した。このアプローチにより、さまざまな亀裂係数があり、プロセス欠陥がほとんどない、亀裂のない多くのPBF-EBサンプルの製造と比較が可能になった。結晶粒微細化はGB亀裂の抑制に効果的であると考えられていたが、この研究では、粗粒サンプルは亀裂がなく、細粒サンプルで亀裂が発生する可能性があることを実験的に示している。さらに、最適化されたサンプルの亀裂傾向は、熱機械分析によって定義および計算された準全塑性ひずみ指数（QTPSI）を使用してランク付けできることを示した。総塑性ひずみレベルは重大な亀裂要因であり、スキャン速度が大きいほど総塑性ひずみレベルが上昇する傾向があり、QTPSIを超える偏差が大きくなる。さらに、Alloy713ELCを高温で測定された機械的特性値に基づく熱機械分析によって溶接可能な超合金Alloy718と比較することにより、Alloy713ELCの非溶接性はその熱膨張効果に大きく起因することが分かった。この熱膨張効果と液化効果およびひずみ時効割れ効果の組み合わせにより、Alloy713ELCの非溶接性の本質的な原因が明らかになった。
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| Research Progress Status |
令和3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3年度が最終年度であるため、記入しない。
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