2014 Fiscal Year Annual Research Report
粉粒体利用ヘテロ組織ネット構造制御による機械構造用焼結合金鋼の超強靭化
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24246123
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
三浦 秀士 九州大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (30117254)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
津守 不二夫 九州大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (10343237)
長田 稔子 九州大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (90452812)
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| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | MIM / ヘテロ組織 / ネット構造 / 転造 / 超強靭化 / 有限要素法 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
平成26年度ではヘテロ組織ネット構造制御という新しい指導原理に基づいて、企業（協力者名：住友電気工業㈱材料技術研究開発本部・徳岡輝和主査）も参画して、P/Mの主流である金型プレス成形材への応用展開、具体的には転造による焼結合金鋼歯車を対象に、これまでの実験より最適化された組成のものについて、7.2Mg/m3以上の高密度焼結合金鋼歯車を作製し、ついで現有の交差式転造装置により工具押し込み量を変化させ（表面緻密化層の厚さ変化）、またこれまでの実験より最適化された熱処理を施すことで、歯車として実用的に最重要な面圧疲労強度および歯元曲げ疲労強度について、き裂進展挙動と合わせて現所有器機にて詳細な調査、検討を行った。
その結果、転造により表面部のみ緻密化することで面圧や歯元曲げ疲労強度を向上させることができるが、本年度では、その緻密化した基地に加えて、さらにヘテロ組織のネット構造制御による超強靭化を加味することを特徴としたが、緻密化領域は表面から1ｍｍ深さ程度までであることから、ヘテロ組織の効果が十分に現れないことが分かった。なお、ヘテロ組織の超強靭化の寄与に関しては、添加合金元素であるNiの不十分な拡散を利用しての熱処理（焼入・焼もどし）によりNiリッチな部分のマルテンサイトを焼もどしマルテンサイトがネット（網目）状に取り組んだ組織であることから、その最適構造を理解するため有限要素法による微細組織のモデル解解析も試みた。
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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
焼結合金歯車転造による緻密化とヘテロ組織の同時効果による強靭化を狙ったが、緻密化領域が表層部のみの浅いため、ヘテロ組織の効果を十分に引き出すことは難しかったが、有限要素法によるヘテロ組織の効果については、2次元解析のみでなく3次元解析まで試みることができ、実験的にはある不均質度において機械的特性のピークが出現したが、モデル解析でも同様な傾向を得ることができ、今後の最適な微細構造の設計に役立つことが示唆された。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度の研究では、侵炭焼入も加味した熱処理を施すことで、より超強靭な焼結合金鋼歯車の創製に繋がるものと考えている。なお、小型部品であれば数％Niでも価格的にはさほど問題ないが、大形部品となると数％Niと言えども大きな問題となり、また健康の面からNiフリーの風潮にあり、高価なNiに関しても、できれば安価な代替元素が粉末冶金工業的にも望まれる。そこで、同じオーステナイト形成能を有する安価なMnに着目し、前年度での知見を基に、今年度はMnを用いたヘテロ組織ネット構造制御に関しての調査を行い、工業的にも有用な廉価な高性能焼結合金鋼の創製に向け、検討を加える。
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