2020 Fiscal Year Research-status Report
超高速変形下の塑性発現機構の解明とその塑性加工法としての応用
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19K22061
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
佐野 智一 大阪大学, 工学研究科, 教授 (30314371)
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2019-06-28 – 2022-03-31
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| Keywords | フェムト秒レーザ / フェムト秒レーザ駆動衝撃波 / 転位 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
塑性変形の機構は、一般的には、材料中に内在する転位がある特定のすべり面上において特定のすべり方向に移動するせん断変形による、とされている。本研究では、超高速変形下で発現していると考えられる、この一般的な塑性変形の原理とは異なる機構を解明し、それを新しい塑性加工法として応用することを目的とする。本研究では、材料を超高速変形させるために、パルス幅がフェムト秒～ピコ秒の超短パルスレーザ駆動衝撃圧縮を利用する。本研究では、材料が超高速変形する際の転位の挙動をX線で直接計測することによって、超音速転位あるいは転位を介在しない塑性すべりの存在を調べ、衝撃波頭背後での転位核生成モデルを新たに構築することによって、超高速変形下の塑性発現機構を明らかにする。さらに、この塑性変形がマクロな機械特性に及ぼす影響を調べ、新しい塑性加工法としての展開を図る。
今年度は、FCC構造であるアルミニウム材料とBCC構造である鉄鋼材料に対し、レーザのパルス幅、パルスエネルギー、スポットサイズから決まるレーザ強度が材料の硬さ、残留応力といった機械特性に及ぼす影響を明確にするために、レーザ強度等を変化させて材料に照射し、材料の機械的特性を測定した。ピコ秒領域のパルス幅で良好な機械的特性が得られることが分かった。また、照射後の試料表層に凝固層が存在せず高密度転位を有する領域が存在することを見出した。さらに、空間分解能5 umで深さ方向の残留ひずみを測定することに成功した。
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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
計画通り、超短パルスレーザ駆動衝撃圧縮による塑性変形がマクロな機械特性に及ぼす影響を調べ、新しい塑性加工法としての展開を図ることが出来た。
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| Strategy for Future Research Activity |
2021年度は、HCP構造であるマグネシウム材料に対し、レーザのパルス幅、パルスエネルギー、スポットサイズから決まるレーザ強度が硬さ、残留応力といった機械特性に及ぼす影響を明確にすることを目標とする。パルス幅、パルスエネルギー、スポットサイズを変化させ材料に照射し、材料の硬さ測定、残留応力測定を実施する。レーザーパラメーターおよび評価項目は下記の通りとする。
・パルス幅：研究代表者が所有するフェムト秒レーザーシステムの100fsを主に用いる。100fsオーダーから数100fsオーダーの間でパルス幅を変化させる実験も実施する。・パルスエネルギー：研究代表者が所有するフェムト秒レーザーシステムの最大パルスエネルギーは7mJであるので、それより小さい範囲で変化させる。・スポットサイズ：集光レンズからジャストフォーカスの位置までの距離を変化させることによって、スポットサイズを変化させる。・カバレージ：適宜変化させる。集光径とパルス間隔から決めることが出来る。・レーザ強度はパルスエネルギー/パルス幅/スポットサイズで決まるので、パルスエネルギー、パルス幅、スポットサイズだけでなく、レーザ強度が機械特性に及ぼす影響も検討する。・評価項目：機械特性評価として、ビッカース硬さ試験による硬さ測定、ナノインデンテーションによる微小硬さ試験、X線回折による残留応力測定を実施する。
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| Causes of Carryover |
【理由】2020年度内に購入する予定であった材料の納品が遅れ、2021年度に納品されることになったため。
【使用計画】2020年度内に購入する予定であった材料の納品が遅れ、2021年度に納品されることになったため2020年度の研究費に未使用額が生じたが、2021年度に納入されるため、2021年度に実施する予定の研究計画と併せて実施する。
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