トレーサー粒子の追跡による超硬合金の熱間加工挙動の実験的解明

2020 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 19K05086
• Research Institution: Tomakomai National College of Technology
• Principal Investigator: 高澤 幸治 苫小牧工業高等専門学校, 創造工学科, 准教授 (20331952)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 浅見 廣樹 苫小牧工業高等専門学校, 創造工学科, 准教授 (00547961)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: 超硬合金 / 熱間塑性加工 / トレーサー粒子

Outline of Annual Research Achievements

2019(令和元)年度は，当該年度の研究実施状況報告書に示したとおり，購入した各種粉末および苫小牧高専所有の焼結装置を用いた場合の焼結条件を見出すことに苦心したものの，トレーサー粒子であるアルミナ粒子（平均粒径1μm）が均一に分散した超硬合金（WC-Co合金）を作成し，それを熱間塑性加工した後も，トレーサー粒子が安定して存在していることを確認した．
2020(令和2)年度は，これを任意の狭い範囲に配置することを試みた．具体的には，円柱焼結体の１）高さ方向に積層する薄い層状，２）半径方向に同心円状に分布する薄い層状，３）表層に一定間隔で分布する縞状，である．方法としては次のとおりとなる．供試粉末として，WC-10mass%Co（超硬合金）およびWC-9.9mass%Co-1mass%Al2O3（トレーサー含有超硬合金）の二種類を作成した．１）の分布方法を実現するために，二種類の粉末を乾式で円筒状の黒鉛型内に積層し，その後焼結することを試みた．作成者の手技の熟練度への依存が高いものの，ある程度“層”と認識できる組織を得ることができた．しかし，２）３）の分布については，この方法では困難であった．そこで，超硬合金およびトレーサー含有超硬合金粉末をワックス等と混錬してシート状やワイヤー状に成型しやすくし，それを積層して黒鉛型内に配置し，脱脂，焼結することで，所定の領域にトレーサー粒子が分布した焼結体を作製することを試みた．しかし，ワックス類の選定や脱脂方法の検討に時間を要したため，年度内に想定していた進捗状況までには至っていない．

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

最大の要因は，新型コロナウイルス感染症予防のための臨時休校および遠隔授業等の対応による研究時間の圧迫である．2020(令和2)年度は様々な対応策のための準備に多くの時間を費やしたが，そこで準備したコンテンツ等があるため，2021(令和3)年度においては，仮に昨年度と同程度の休校・遠隔授業の要請があっても，比較的容易に対応できると予想しており，遅れを取り戻せると考えている．
また，トレーサー粒子含有層を円柱状焼結体の２）半径方向に同心円状に分布させる，ことや，３）表層に一定間隔で縞状に分布させる，という方法は当初予定していなかった分布方法であるが，超硬合金の塑性変形挙動をより明確に現出させることができると考え，途中から取り組んでいる．これらも，研究全体の進捗を遅らせている要因であるが，2021(令和3)年度上半期には，これらの内容を継続するか，中断するか，の判断をし，研究期間内に所定の成果を出せるようにする．

Strategy for Future Research Activity

本研究では，分散するトレーサー粒子の粒子間距離をもとに微小領域の塑性変形について評価することを想定しているが，トレーサー粒子含有層の変形をもとに塑性変形を評価することも試みる．また，トレーサー粒子として当初検討，購入した平均粒径1μmのAl2O3では，やや微細すぎるので，今後，WC粒子(5-7μm)と同等の粒度分布のトレーサー粉末を主に用いることとする．そして，まずは，薄いトレーサー粒子含有層が円柱焼結体の高さ方向に積層している試験片について，熱間塑性加工の実験・解析を進める．さらに，このノウハウを用いて角柱状の積層試験片を作成し，積層面に平行および垂直なプレスを行う熱間塑性加工の実験．解析を行う．
これらと並行して，トレーサー粒子含有層が円柱状焼結体の半径方向に同心円状に分布したもの，そして，表層に一定間隔で縞状に分布したもの，の実現に向けて作業を進める．