金属脆化・割れ誘発を活用したテーラード分離技術の開発

2022 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 22H01792
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 門井 浩太 大阪大学, 接合科学研究所, 准教授 (40454029)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 濱崎 洋 中部大学, 工学部, 准教授 (30437579)
• Project Period (FY): 2022-04-01 – 2025-03-31
• Keywords: 金属脆化 / 割れ / 溶接接合 / 異材接合 / 分離 / 資源循環

Outline of Annual Research Achievements

「金属脆化・割れ発生現象の材料学的・力学的な支配要因を解明し，脆化促進・割れ誘発によるマルチマテリアル構造体のテーラード分離技術とそのシミュレーション技術を確立し，分離の科学の学理を構築する」ことを目指した検討を進めている．
マルチマテリアル構造体では多種多様の金属材料が使用されるため，接合部の化学組成は多岐に渡る．本年度は，自動車等の構造体を想定し，鉄鋼材料とAl合金の異材接合部を対象とした．分離プロセスでは，異材接合部の加熱過程での脆化現象を把握する必要がある．そこで，レーザ・アークハイプリッド接合による鉄鋼材料とAl合金の異材接合部に対し，高温加熱と脆弱層生成挙動や破断強度の関係を調査した．高温保持により，保持時間とともに脆弱層の厚さは増大する．長時間保持では，Al合金側の合金成分の拡散が生じ，化学量論組成の異なる脆弱層が生成することで，接合部強度が大きく変化することを見出した．また，脆弱層が25μm付近を超えると破断強度が急激に減少した．したがって，脆弱層の優先的な成長によって，界面強度の低下を促進させることが接合部での分離に有効となることが示唆された．加えて，接合体に含有する合金元素によっては，脆弱層の安定化に寄与するものの存在，接合には有利だが，分離には不利に働く元素もあるため，接合から分離までを考慮した合金設計が必要であることが示唆された．
また，高温保持過程での脆弱層の生成・成長を伴う強度変化を対象としたCAE解析モデルの検討も行い，実験結果との整合によるモデルの高度化も進めた．

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

2022年度は，レーザ・アークハイブリッド接合による鉄鋼材料とAl合金の異材接合部での，高温加熱と脆弱層生成挙動や破断強度の関係や，Al合金側の合金成分が脆化挙動に影響を与える可能性を実験的に見出すとともに，高温脆化挙動のCAE解析モデル化も進めているこことから，概ね順調に進展していると判断した.

Strategy for Future Research Activity

2022年度での検討により，レーザ・アークハイブリッド接合による鉄鋼材料とAl合金の異材接合部での，高温加熱と脆弱層生成挙動や破断強度の関係や，Al合金側の合金成分が脆化挙動に影響を与える可能性を見出してきた．2023年度以降は，Al合金の化学組成を変化させ，接合が可能かつ高温加熱での脆化を促進可能な成分系を検討するとともに，脆化促進に有効な加熱条件の適正範囲を調査する．また，ミクロ組織解析を合わせて行い，化学組成に応じた分離に適した脆化現象やその支配要因を調査する.
さらに，高温脆化挙動のCAE解析モデルの検討ついては，高温での材料特性を求めるとともに，実験値との比較から，解析モデルの妥当性検証や高度化を図り，脆化強度の予測の高精度化を図っていく．