2019 Fiscal Year Research-status Report
予塑性変形を受けた鋼の相変態挙動の実験的検討と弾塑性構成モデルの構築
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19K04067
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| Research Institution | Tokyo University of Agriculture and Technology |
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Principal Investigator |
大下 賢一 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (60334471)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 相変態 / 変態塑性 / 構成式 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
単軸応力下において変態開始前のオーステナイト相であらかじめ引張塑性変形を加えたのち除荷し，変態開始直前に再度，引張・圧縮応力を自動負荷できるように装置の改良を試みた．従来の装置では，荷重負荷を重錘による吊り下げによって行っていたため，十分な塑性変形を生じさせることが出来なかった．そこで油圧式引張・圧縮試験装置を用いて変態塑性実験を行えるように加熱・負荷システム，治具等を改良した．その結果，従来に比較して大きな荷重を試験片に与えることが可能となった．最初に予備実験として，SCM440材に対してオーステナイト領域において予塑性変形をあたえることなく，引張・圧縮／ねじり負荷しつつ自然冷却中の温度およびたわみを同時に測定し，負荷方向の違いがベイナイト変態時の変態塑性挙動に与える影響について実験的に検討した．その結果，引張・圧縮応力とせん断応力での二軸応力を負荷した際には引張・圧縮方向の変態塑性ひずみが促進されることがわかった．
さらに，研究代表者らが従来まで提案していた静水圧依存型構成式を汎用有限要素解析ソフトAbaqusに新たにコーディングし，解析を実施した．これによると，静水圧依存型の構成式ではベイナイト変態の変態塑性挙動を追従できず， Hill の構成式の方がベイナイト変態の変態塑性挙動をより追従することを確認した．上記現象の表現可能な構成式を高度化することにより，引張・曲げ応力を板材に負荷するホットプレス過程を模擬した実験結果に対しても精緻なシミュレーションが可能となり，試行錯誤的なものづくりから試行錯誤レス（トライレス）への移行が促進されるものと思われる．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
多軸（引張/圧縮・ねじり二軸，曲げ）応力下において，高温状態から急速冷却した時に生じる固体間の相変態（パーライト変態，ベイナイト変態など）に及ぼす予塑性変形の影響を明らかにするために，以下の検討を行った．
まず，S45CおよびSCM440について十分な予塑性変形を与えられるように，負荷装置を変更した．これにより従来よりも大きな試験片に対してもより広範囲な荷重条件の下で実験を行うことが可能となった．そこで測定精度の向上を目指して変態塑性変形を与えられるように試験片寸法を変更すべく，大型な焼鈍炉を購入した．
予備実験としてSCM440材に対してオーステナイト領域において予塑性変形をあたえることなく，引張りとねじり，または圧縮とねじりの2軸応力下におけるベイナイト変態過程で生じる変態塑性ひずみを計測した．さらに研究代表者らが引張/圧縮・ねじり変態塑性挙動を基に提案した変態塑性挙動に対する静水圧応力依存型構成式の高度化を図った．この構成式の妥当性を検証するため，これを有限要素解析ソフトAbaqusにコーディングし，得られた実験結果と有限要素法による解析結果を比較・検討した．これらによると，解析結果はベイナイト変態の変態塑性挙動を追従できず，本研究課題の主目的であるホットプレス過程に対するより高精度な熱処理シミュレーションの実現のためには，構成式の見直しが必要であることが分かった．今後は，予塑性変形下における変態塑性試験についても実施し，塑性（予塑性）が変態誘起塑性変形に及ぼす影響について定式化を試みる．
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| Strategy for Future Research Activity |
上記のとおり，現時点では予塑性変形下における変態塑性試験を行なえていない．そこでまずは，S45Cに対してオーステナイト状態下において塑性応力を負荷・除荷後，相変態開始温度直前に弾性応力を与え，高温状態から冷却した時に生じる固体間の相変態に関する各種パラメータを取得する．
また構成式の同定も今後の課題である．研究代表者が先に提案した構成式を改良しつつ，それを汎用有限要素解析ソフトAbaqusにコーディングし直す必要がある．デバッグ作業に時間がかかることも想定して，実験と同時進行で行う．得られた結果を検討することにより構成式の高度化とともに，ホットプレス過程の変形シミュレーションの確立を目指す．
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| Causes of Carryover |
未使用額として146,007円が生じた．これは交付申請書に記載した「変位計測装置」を同研究室内の他の研究予算で購入したものを流用したために支出していないことが大きい．また，「治具」および「試験片」の一部を本大学で自作加工したために安価となったこと，さらに解析用ソフトウエアのランクを下げたことも一因である．
ただし，解析ソフトウェアは単年度のライセンス更新契約となっているため，今年度も同解析用ソフトウエアの年間ライセンス料金として686千円，必要となる．
また，今後の研究の推進方策にも示したように，実験を大量に行うため試験片を外注予定である．
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