2020 Fiscal Year Research-status Report
Nondestructive In-situ Inspection for Laser Quenching to Carbon Steel using AE Method
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19K05087
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| Research Institution | Anan National College of Technology |
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Principal Investigator |
安田 武司 阿南工業高等専門学校, 創造技術工学科, 准教授 (70610468)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | レーザ焼入れ / マルテンサイト変態 / Acoustic emission / AE法 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
焼入れ性の良いクロムモリブデン鋼（SCM440）を試料として，令和元年度にファイバーレーザを用いたレーザ焼入れ実験を実施済みであり，実験中に発生したマルテンサイト変態に伴うと考えられる弾性波動現象（Acoustic emission，AE）をAEセンサーによって検出することに成功している．令和2年度は，まず試料焼入れ部（Heat-affected zone，HAZ）の詳細な光学顕微鏡および走査型電子顕微鏡組織観察を実施した．これによりHAZ深さおよび推定HAZ体積を測定，算出したところ，レーザ出力条件240 Wから275 Wの順にこれらが増加する関係が明確となった．また，HAZ内部にはマルテンサイト組織の特徴とされる針状組織が観察されている．なお，HAZにはレーザ焼入れによる十分な硬度上昇が確認されており，マルテンサイト変態の発生とマルテンサイト組織の形成が改めて判断された．次に，検出されたAE波について，AEパラメータであるAEカウント（ノイズレベル等に設定したしきい値を振幅が超えるAEのことをAEカウントと呼ぶ）累計数やAE波の実効値（Root means square value，RMS値，AE波のエネルギーに相当）に従ってデータを整理した．これと先に算出したHAZ体積との関係性を確認すると，高い相関関係が見られ，レーザ焼入れによるHAZおよびマルテンサイト組織の生成を，検出されたAEの情報により非破壊その場観察的に判断するといった本研究の目標達成に向けて大きく前進することができた．
以上の成果は学術論文としてまとめ，日本金属学会誌 第84巻11号 ページ番号335-343（2020年11月）に掲載されている．
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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
2年目（令和2年度）に実施を計画していた焼入れ部の組織観察ついて詳細に完了させることができ，また，焼入れ深さ測定やマルテンサイト組織体積の算出，そして検出されたAE波のパラメータ解析を完了させることができた．そして，焼入れ部の状況とAE観察から得られた情報との関係性を整理することができており，本研究の目標達成に向けて前進していることから，おおむね順調に進展していると判断している．
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| Strategy for Future Research Activity |
検出されたAEを改めて注視すると，マルテンサイト変態に起因しないと考えられるものも見受けられている．マルテンサイト変態によるAEは，突発型AEがある時間帯で集中的に発生し，その結果，連続型AE（突発型AEの波群）として検出されることが多い．しかし，加えて離散的な突発型AEも検出された結果も取得されており，マルテンサイト変態起因とは特性が異なる．そこで，令和3年度では，高速フーリエ変換や逆高速フーリエ変換，短時間フーリエ変換等の波形解析手法を用い，AEの周波数特性を詳細に分析することで前述した突発型AEの発生源をまず突き止めたい．これにより，マルテンサイト変態とその他の現象によるAEの区別が可能となり，品質の高いレーザ焼入れの実施をAEから判断することが可能となる．
また，機械材料学的視点に基づき，レーザ加熱中の温度を調査することで加熱中の試料のオーステナイト化状況を把握しなければならない．これには非接触式放射温度計等を用いて測定する方法が考えられるが，レーザによる局所加熱であっても対応できる機器の導入については費用面の事情から困難である．そこで，モデル式を用いた数値解析から，レーザ加熱中の試料温度上昇を推定し，加熱および焼入れ工程中の相変態とAE挙動の関係性について考察する．この解明によって，より効率的なレーザ焼入れや，より高い硬度を示すAEを追究できる可能性があり，実現すれば本研究の目標を上回る成果となる．
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| Causes of Carryover |
新型コロナウイルスに関する懸念から学会参加が困難となり，その結果，主に旅費の使用がなく，次年度使用額が生じることとなった．令和3年度においても同様に，新型コロナウイルスに関する懸念から学会参加にかかる旅費が発生しない見込みである．そのため，これに代わって学術論文投稿による査読受検を通じて本研究の議論をさらに深めたいと考えており，学術論文の投稿料やの英文校正費用として助成金を使用させていただきたい．
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