2019 Fiscal Year Research-status Report
ワイヤ溶融・積層式金属3Dプリント技術を応用した高強度・高延性複合鉄鋼材の創成
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19K15316
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| Research Institution | National Institute for Materials Science |
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Principal Investigator |
北野 萌一 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 構造材料研究拠点, 主任研究員 (40736972)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 金属3D造形技術 / 溶融金属積層法(WAAM法) / 複層鋼板 / アーク溶接 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、ワイヤ溶融・積層方式の金属3D造形技術(溶融金属積層法)を応用することで、ミリスケールで高強度層(硬質層)と高延性層(軟質層)を複合化した、高強度・高延性 を兼備する複合鉄鋼材の概念を提唱し、その機械的特性の明確化を目的とした検討を行うものである。本年度の成果を以下に示す。
1.プラズマアーク溶接装置を応用した高強度材料と高延性材料の複合鉄鋼材の製作手法の確立を目指した検討を行った。高強度材料としてマルテンサイト系ステンレス鋼を高延性材料としてオーステナイト系ステンレス鋼を用いた場合の製作条件(アーク放電電流、ワイヤ送給速度、ステージ移動速度)を決定した。
2.製作した複合鉄鋼材の引張特性評価を行い、材料構成の変化に伴う複合鉄鋼材の強度・延性の変化を取得した。高強度材料と高延性材料を交互に積層した複合鉄鋼材の特性は、高延性材料より高強度であり、高強度材料より高延性であることを示した。
3.複合鉄鋼材の弾塑性挙動の数値解析手法について基礎的検討を行った。インデンテーション法による微視領域の強度・延性分布を取得し、得られた特性を用いて有限要素法により弾塑性挙動を解析した結果、引張強度および一様伸びは実験結果と概ね一致した。ただし、実験結果においては、複合鉄鋼材の高延性材料部において応力誘起変態の兆候が見られた。より詳細な挙動評価のためには、応力負荷に伴うマルテンサイト変態挙動の評価が必要な場合があることを示した。
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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
当初の計画通り、プラズマアーク溶接装置を応用した高強度材料と高延性材料の複合化による複合鉄鋼材の製作方法の確立および製作条件の決定、製作材の強度評価を行うことができた。さらに次年度以降の検討に繋がる有限要素解析による弾塑性挙動に関して基礎的な検討を進めた。
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| Strategy for Future Research Activity |
複合鉄鋼材における強度分布特性(高強度・高延性材料の比率や配置)を変更した際の強度特性評価を行う。さらに弾塑性有限要素解析を併用して、複合鉄鋼材の強度発現機構に関する検討を進める。
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| Causes of Carryover |
理由：本年度は複合鉄鋼材の引張特性評価およびその解析手法の構築に注力し、曲げ特性評価試験を行わなかったため。
使用計画：次年度に試験を実施する予定としている。
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