Improvement of fatigue strength and non-damaging of surface defects in 3D additive manufactured metals by laser peening

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19H02022
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 18010:Mechanics of materials and materials-related
• Research Institution: Yokohama National University
• Principal Investigator: Takahashi Koji 横浜国立大学, 大学院工学研究院, 教授 (90334630)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: 3D積層造形金属 / レーザピーニング / ショットピーニング / 疲労強度 / 残留応力 / 表面欠陥

Outline of Final Research Achievements

In metals fabricated by 3D additive manufacturing (AM) process, defects are easily formed in the materials, and such defects reduce the fatigue strength. The objective of this study was to clarify the effect of compressive residual stress introduced by laser peening (LP) and shot peening (SP) on the fatigue strength of metals manufactured by the 3D AM process. Maraging steel and aluminum alloy manufactured by selected lase melting process were used as the test material. LP or SP was applied to the specimens. It was found that the compressive residual stresses introduced by LP or SP significantly improved fatigue strength of these specimens by suppressing crack propagation at the surface layer.

Free Research Field

機械材料・材料力学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

3D積層金属を普及させるためには、積層後の表面粗さと内部の欠陥による疲労強度低下の問題を克服する必要がある。本研究では、3D積層造形した金属に対して、レーザピーニング(LP)およびショットピーニング(SP)を施工した。LPにより導入される深い圧縮残留応力の効果により、大きな表面欠陥を無害化できることを実験と解析の両面から明らかにした。さらに、SPによる圧縮残留応力導入と表面粗さの低減の効果により、積層造形後の粗い表面を有する材料の疲労強度を向上できることを明らかにした。これらの成果を活用することにより、3D積層造形した金属材料の強度・信頼性の向上に資することができる。