2021 Fiscal Year Annual Research Report

表面超強加工による高機能ナノ組織表層の創出とトライボロジー特性の向上

Research Project

Project/Area Number	19K04160
Research Institution	Fukui National College of Technology
Principal Investigator	加藤寛敬福井工業高等専門学校, 機械工学科, 教授 (30311020)
Project Period (FY)	2019-04-01 – 2022-03-31
Keywords	表面超強加工 / 結晶粒微細化 / ナノ組織 / 滑りバニシング / トライボロジー / 表面性状 / 耐摩耗性
Outline of Annual Research Achievements	摩擦の影響を受けた材料表面には、ひずみ勾配をもつ巨大塑性ひずみによりナノ組織が形成され、摩擦加工は表面を対象にした超強加工の一種である。したがって、工具を材料表面に押し付けながら相対運動を与える摩擦加工（滑りバニシング、SB加工）を行えば、材料表面が超微細化・ナノ組織化して硬度が上昇し耐摩耗性が飛躍的に向上すると考えられ、トライボロジー分野への応用が期待される。そこで本研究では、SB加工条件が加工面の表面性状と生成した表層組織・硬さに及ぼす影響を調査して、平滑化と高硬度化の両立を実現する最適な工具形状や加工条件を明らかにし、さらに加工面のトライボロジー特性を評価して摩擦摩耗特性に優れた高機能表層を創出することを目的とした。実験方法として、SB加工に用いた試験片は炭素鋼S45Cのディスクで、工具には鏡面仕上げした直径6.35 mmのSi3N4 ボールを用いた。旋盤の主軸に取り付けたディスク試験片を回転させ、その表面にボールをばね力で押しつけながら送りを与えて加工を行った。加工条件としてディスク回転速度、ボールの送り速度、荷重を広範囲に変化させ、SB加工を行った。SB加工後、加工面の表面性状、表面硬さを測定し、SB加工を行ったディスクに対してボールオンディスク摩耗試験を行い、耐摩耗性について評価した。その結果、表面粗さについては、荷重は500 Nまで減少する傾向にあったが600 Nで増加した。また、送り速度は増加するにつれて表面粗さは悪化した。表面硬さは、荷重、回転速度が増加するにつれて向上し、送り速度が増加するにつれて減少した。表面性状と硬さを両立させる最適なバニシング加工条件は、荷重は500 N、回転速度は800 rpm、送り速度は0.00937 mm/revと結論づけられ、SB加工材は未加工材と比べて摩耗幅が1/2～1/4に低減し耐摩耗性が大幅に向上した。