2021 Fiscal Year Annual Research Report
Evaluation of hot cracking susceptibility of Ni-based superalloys processed by powder bed additive manufacturing
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21F21760
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
門井 浩太 大阪大学, 接合科学研究所, 准教授 (40454029)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
SINGH HANDA SUKHDEEP 大阪大学, 接合科学研究所, 外国人特別研究員
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| Project Period (FY) |
2021-11-18 – 2024-03-31
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| Keywords | 積層造形 / 高温割れ / Ni基合金 / 液化割れ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
令和3年度は，本研究で対象とするNi基超合金Haynes282を対象とし，積層造形材（EBM材）のミクロ組織解析や力学的特性を評価した．また，比較としてHaynes282の鋳造材についても評価した．
1層当たりの積層高さを75 μm，予熱温度1025℃とし，112×65×3.5 mm（65 mmが積層方向）の形状となる試験片を，EBMにより作製した．
積層高さや積層平面上での位置の違いによる，ミクロ組織形態，欠陥，硬さを評価した．空隙率はいずれの箇所，高さにおいても0.3%以下となり，適正な積層条件で試験片を作製できたことが示唆された．
ミクロ組織は，主として積層高さ方向に伸長した柱状晶を呈したオーステナイト相と微細な析出物などの第二相が観察された．柱状晶は底部であるほど粗大であり，上部ではストレイ結晶のような等軸晶の生成も認められた．また，いずれの高さにおいても第二相としてγ’相や炭化物などの析出物が観察され，積層高さが高いほど，いずれも微細になる傾向を見出した．これは，予熱温度1025℃はM23C6相が析出しやすい温度帯であり，下部であるほど高温に晒される時間が長いため粗粒化が生じやすかったことに起因すると考えられる．積層方向におけるビッカース硬さ分布を計測したところ，底部や中部，上部付近までは，おおよそ400HVを示し，鋳造材とおおよそ同等の値であった．一方最終層では460HVと高い値を示した．最終層は，その後の予熱や積層の熱影響がなく，急速冷却後の積層ままとなるため，結晶粒や析出物が微細となるため，前層までに比して硬化することを明らかにした．
また，高温割れ感受性評価試験について，当該積層造形材に適した方法を検討し，改良型高温引張試験など試験方法の確立に向けた検討も進めた．
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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
令和3年度は，本研究で対象とするNi基超合金Haynes282のミクロ組織形態や機械的特性に対して検討を進め，積層高さや位置に依存した組織形態，ビッカース硬さの特徴を見出すことができた．また，次年度以降実施する高温割れ（特に液化割れ）感受性評価のため，その場観察を併用した高温引張試験による評価方法の確立に向けた検討も進めている．
以上から，概ね順調に進展していると判断した．
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究で対象とするNi基超合金Haynes282を用いたEBM材のミクロ組織解析や力学的特性を評価するとともに，この材料を用いた場合の溶接過程における液化割れ感受性や液化現象を調査する．具体的には以下の項目を進めていく．
1. Haynes282を用いたEMB材の評価：EBMの条件や造形体の場所毎でのミクロ組織形態，硬さ分布，高温引張特性等を調査し，特性とミクロ組織の関係などを検討する．
2. 液化割れ感受性評価：高周波加熱と引張試験機を組合せた高温引張試験を実施し，溶接過程を再現した温度やひずみの履歴を付与する．試験中に高速度ビデオカメラを用いたその場計測を行うことで，割れ発生時のひずみや温度を動的に測定する．
3. 液化現象の支配要因：高温レーザ顕微鏡による高倍率その場観察を実施し，ミクロ組織解析と合わせて実施することで液化を誘発する材料学的な支配要因を検討する．
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