2021 Fiscal Year Research-status Report
Al合金の電子ビーム積層造形とその相変態カイネティクス
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21K03801
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
青柳 健大 東北大学, 金属材料研究所, 助教 (90636044)
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2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | Additive Manufacturing / 材料組織 / 相変態 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的はAl合金を対象とし電子ビーム積層造形（以下、PBF-EB）プロセスにおける、溶融凝固挙動ならびにプロセス中の相変態挙動を明らかにすることである。プロセス中において生じるキーホール型欠陥や未溶融欠陥などのプロセス条件が最適でないことに起因する欠陥は偶発的に生じることが多く、コントロールしづらく、また核生成サイトになりえるため、プロセス特有の組織形成機構を明らかにする上では排除すべき対象である。2021年度は、欠陥形成の原因となりうる因子の分析、欠陥の入らない条件を探索するプロセス条件最適化手法の確立、最適化された条件での造形体作製、そして造形体の組織評価を実施した。
PBF-EBでは粉末表面でのチャージアップにより粉末が飛散するスモークという現象が起こりうる。そこで、原料粉末表面の構造をAESで分析し、粉末のスモークテストも実施することで、スモークのメカニズムを解析した。また、造形体表面と造形欠陥の関係を定量的に評価し、プロセス最適化手法の改良を行った。そして、そのプロセス最適化手法を用いて最適化された条件でAlSi10Mg合金を造形し、造形材の組織評価を行った。組織評価の際には、積層方向の高さによって熱履歴が異なるため、積層方向の高さ位置依存性も調査した。これにより、プロセス中のその場熱処理による組織変化挙動を明らかにするためのデータを収集した。さらに、造形まま材の機械特性評価も実施し、従来手法に比べて、延性に富むことを明らかにした。
プロセス最適化手法に関して、1本の論文投稿を行い、Additive Manufacturingに受理されている。
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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
電子ビーム積層造形における相変態挙動を解析するにあたり、まずは欠陥のない造形体を得ることが重要であり、その組織を評価することで結果の影響を排除して組織形成挙動を明らかにできる。2021年度はAl-Si系合金の造形条件最適化を完了し、組織評価に十分なサイズの造形体を得ることに成功し、その組織評価も行った。数値流体力学によるシミュレーションは未実施であるが、最も時間のかかる造形に目途が立ったため、2022年度以降にメルトプールの解析、さらには組織の高さ方向の依存性のより詳細な解析に繋げることができる。また、透過電子顕微鏡による微細組織の解析も進めており、原料粉末の分析も進んでいることから、おおむね順調に進展していると考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
2021年度にAlSi10Mg合金の条件最適化と最適化された条件で作製した造形まま材の組織評価を行った。2022年度は、透過電子顕微鏡を用いた微細な析出物の解析、時効処理材の評価、造形ログからの熱履歴の決定とそのデータを用いた組織変化挙動の解析、数値流体力学計算を用いた溶融凝固挙動の解析などを行うことで、プロセス中の相変態挙動や時効熱処理における組織変化挙動を明らかにする予定である。
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