2020 Fiscal Year Research-status Report
高速重畳スキャンにより空間強度分布を最適成形したレーザによる隅角部焼入れ法の開発
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19K04116
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| Research Institution | Ryukoku University |
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Principal Investigator |
小川 圭二 龍谷大学, 先端理工学部, 教授 (80405232)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
田邉 裕貴 滋賀県立大学, 工学部, 教授 (00275174)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | レーザ / 空間強度分布 / 焼入れ / 硬度分布 / 高精度 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
レーザ焼入れは、必要箇所のみを硬化させることが可能で、強度向上はもちろん、ひずみレス、クリーンな作業環境も実現できるため、産業界で急速に利用が進んでいる注目技術である。本研究課題では、隅角部（凹凸部）を有する鉄鋼材部品を対象とし、超高速重畳スキャンにより空間強度分布を最適成形したレーザを用いた焼入れ法を開発し、多種多様な隅角部に確実に硬化領域を形成する技術を確立することを最終目的にしている。令和2年度は、令和元年度に引き続き、熱シミュレーションによる硬化領域予測技術の確立と超高速重畳スキャンによるレーザ空間強度分布成形技術の確立に取り組んだ。令和元年度はトップハット分布矩形レーザを想定また実際に用いて、平面階段形状工作物の隅角部の焼入れについて検討し効果を見出したが、令和二年度は高速スキャンレーザでの検討を行った。まずは超高速重畳高速スキャンレーザでトップハット矩形分布レーザを模擬したスキャン条件の検討を行い、空間強度分布制御性について検討した。その結果、高速スキャンレーザでトップハット矩形分布と同じ強度分布を形成した場合、照射エリア内でのレーザスポット照射時差による温度履歴の非定常性の課題が顕在化したため、高速スキャンレーザの特性を生かしたラインレーザ等の分布を形成して用いることにした。また、当初計画した強度分布測定法の課題を見出し、新しい測定法を用いることでこの課題を克服した。さらには、工作物形状として段付き丸棒を想定し、これの全周焼入れのための新しい工法を着想するに至った。実際に装置を試作して検証試験を実施し、その効果を検証した。
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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
本研究課題では、隅角部（凹凸部）を有する鉄鋼材部品を対象とし、超高速重畳スキャンにより空間強度分布を最適成形したレーザを用いた焼入れ法を開発し、多種多様な隅角部に確実に硬化領域を形成する技術を確立することを最終目的にしており、令和2年度は、ほぼ研究計画通り、おおむね順調に進展した。すなわち、令和元年度引き続き、(1)熱シミュレーションによる硬化領域予測技術の確立、(2)超高速重畳スキャンによるレーザ空間強度分布成形技術の確立 に取り組み、(1)については、理論と実験の両面から、レーザ照射条件と工作物条件が創成される硬度分布に及ぼす影響を明らかにした。また、(2)については、スポットレーザを超高速重畳スキャンすることで種々のレーザ空間強度分布に成形できることを確認した。さらには、丸棒工作物の全周焼入れを想定した新工法を着想し、評価試験を実施するに至った。一方、新型コロナウィルス感染拡大の影響もあり、予定していた(3)赤外線サーモカメラによるレーザ照射部温度計測が十分に実施できなかった。その両面から、おおむね順調に進展しているとした。
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| Strategy for Future Research Activity |
引き続き、令和三年度も計画変更することなく予定通りに研究を遂行する。具体的には、熱シミュレーションによる硬化領域予測技術および超高速重畳スキャンによるレーザ空間強度分布成形技術の深耕に加えて、焼入れ品質を保証するためのレーザ照射部温度計測技術、そしてLCA解析による環境負荷の定量評価に取り組み、本研究課題技術を確立する。
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| Causes of Carryover |
新型コロナウィルス感染拡大の影響で、参加した国際会議がオンライン開催となり、また打合せのオンライン化が進み、旅費の執行が減少したことが主な原因である。翌年度に国際会議が現地開催されれば、その旅費に充当する、あるいは消耗品等で使用する計画である。
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