2020 Fiscal Year Research-status Report
慣用せん断と摩擦攪拌成形（ＦＳＦ）の組み合わせによる革新的異種材料接合技術
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18K03882
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| Research Institution | Kokushikan University |
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Principal Investigator |
大橋 隆弘 国士舘大学, 理工学部, 教授 (80277821)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 摩擦攪拌成形 / 異種材接合 / 機械的接合 / 塑性接合 / 接合強度 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
昨年度に引き続き、研究項目(ii)引張せん断強度（TSS）・十字引張強度（CTS）の評価、 (iii)せん断時のクリアランスと接合強度の関係、(iv)応力集中を考慮した継手形成の試みと実証実験について研究を行った。
TSS・CTSの評価に関しては、いずれも継手破壊時のアルミニウム合金のせん断面積と比例していることが確認された。継手の異種材界面の元素分布のEDX観察において、一部反応が見られたものの、全体としては広範囲な金属間化合物層は観察されなかった。そのため供試条件では、継手はアルミニウム合金の回り込みによる機械的継手のみであることが確認された。
また、せん断時のクリアランスが大きくなるにつれ、せん断穴のだれが大きくなり単調に接合強度が向上することが当初予想されていた。しかしながら実際は、クリアランスが鋼板板厚50%までの範囲ではクリアランス量増大につれ継手強度は向上したが、それ以上でほとんど増加しなくなった。板全体の変形とスプリングバックの効果によりだれ量が増加しなくなるのが原因と予想されるが、これほど大きなクリアランスは通常のプレス穴として実用的でないため従来の研究でこのような現象の報告例は見当たらなかった。そのため今後詳細に検討する必要がある。
応力集中を考慮した継手形成の試みに関しては、１主円孔と２小円孔からなる円孔列について、数値解析（ANSYS）と実験により、TSSを評価した。鋼板の応力集中は緩和されたが、主円孔から見て相手材料側に位置する小円孔およびリベット状構造に負荷が集中することがわかった。
昨年度項目(i)FSFにより接合可能な最大・最小の下穴寸法と穴の密度の調査に関し、昨年度装置不具合のため実行できなかった、熱電対の金型の埋込みによる温度測定と成形条件の残りについては、代替装置の納品がコロナ禍のため大幅に遅れたため、研究期間を延長して来年度実施する。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
研究項目(ii)引張せん断強度（TSS）・十字引張強度（CTS）の評価、 (iii)せん断時のクリアランスと接合強度の関係、(iv)応力集中を考慮した継手形成の試みと実証実験については当初の予定を達成した。
継手強度に関しては、3 mm厚のA5083P-Oアルミニウム合金板とφ4せん断穴を有する1 mm厚のSPCE鋼板において、最大平均CTSはパンチ―ダイ間クリアランス0.5 mmの時に431.9 Nであり、この条件に対応する平均TSSは1535 Nであった。また、最大平均TSSは1659 Nであり、このときのクリアランスは0.8 mmで、平均CTSは361.5 Nであった。抵抗スポット溶接によって接合されたSS400鋼とA5083アルミニウム合金の間の継手のCTSは約400 N)であったと報告されていることから（Watanabe, T., Doi, Y., Yanagisawa, A. & Konuma, S.: Q. J. Jpn. Weld. Soc., 23-3(2005), 491-495.）、提案された方法によって作られた継手は，それと同等程度の継手強度を有するといえる。
また、研究項目(i)FSFにより接合可能な最大・最小の下穴寸法と穴の密度の調査については、装置の故障のため一部未達の項目（熱電対の金型の埋込みによる温度測定と一部の成形条件の実験）があった。これについては当初予算の配分を見直すことで、本年度、不具合があった装置の代替装置を導入したが、代替装置の納品がコロナ禍のため大幅に遅れたため、未達の項目が残ってしまった。
一方で当初計画以上の成果として、鋼板にパンチングで多数のプレスせん断下穴を用意し、摩擦攪拌工具を送って本研究の原理で疑似線形接合をする着想を得て、実証を行った。従来の塑性接合の多くは点接合に限られているため、線状塑性接合は画期的である。
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| Strategy for Future Research Activity |
研究項目(i)FSFにより接合可能な最大・最小の下穴寸法と穴の密度の調査について未達となっている。そのため2021年度まで研究期間を延長し、熱電対の金型の埋込みによる温度測定と一部の成形条件の実験に関し、加速的に推進する。
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| Causes of Carryover |
研究項目(i)FSFにより接合可能な最大・最小の下穴寸法と穴の密度の調査について、装置の故障のため一部未達の項目（熱電対の金型の埋込みによる温度測定と一部の成形条件の実験）があった。これについては当初予算の配分を見直すことで、本年度、不具合があった装置の代替装置を導入したが、代替装置の納品がコロナ禍のため大幅に遅れたため、未達の項目が残ってしまった。そのため2021年度まで研究期間を延長し、熱電対の金型の埋込みによる温度測定と一部の成形条件の実験に関し、加速的に推進する予定である。そのため、それに伴い、実験材料分の予算の残額が発生した。
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