ショットピーニングによる疲労破壊制御技術に関する研究

2012 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 24560105
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Research Institution: Kumamoto University
• Principal Investigator: 黒田 雅利 熊本大学, 自然科学研究科, 准教授 (00432998)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 秋田 貢一 独立行政法人日本原子力研究開発機構, 量子ビーム応用研究部門, 主任研究員 (10231820)
• Project Period (FY): 2012-04-01 – 2015-03-31
• Keywords: 原子力材料 / 疲労 / ショットピーニング / 表面処理 / 残留応力

Research Abstract

原子炉の安全性研究を推進する上で、ショットピーニング等の表面処理により疲労破壊を制御することが可能となる技術の開発が求められている。一般に、疲労強度は材料の表面状態に強く影響されることが知られている。本研究では、ショットピーニング等の表面処理の条件から疲労強度を評価できるシステムの構築を目的とする。本年度は主に、サンプルの作成と表面特性評価を実施した。まず材料には市販の316系ステンレス鋼を用い、実験計画法に基づき旋盤加工条件ならびにショットピーニング条件を決定した。その条件に従って、ステンレス鋼を適当な大きさに切断したサンプルに対して旋盤加工ならびにショットピーニングを実施した。次に、表面粗さ計、硬度計、X線残留応力測定装置を用いて、作成されたサンプル表面の粗さ、硬さ、残留応力の測定を行った。得られた測定データに対して分散分析を行い、旋盤加工条件（送り速度・切込深さ）ならびにショットピーニング条件（ショット粒径・噴射圧力・カバレージ）とサンプル表面の粗さ、硬さ、残留応力との関係を表す応答曲面モデルを求めた。その結果、旋盤の送り速度は、旋盤加工材表面の粗さ、硬さ、残留応力に強い影響を及ぼすこと、またショット粒径も、ショットピーニング材表面の硬さ、残留応力に強い影響を及ぼすことを示した。一方、カバレージはショットピーニング材表面の粗さ、硬さ、残留応力のいずれにもそれほど強い影響を与えないことを示した。

Current Status of Research Progress

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

Reason

当初計画では表面処理材としてショットピーニング材のみを想定していたが、比較として旋盤加工材を取り入れたことにより、実験面では当初の計画以上の成果が得られた。しかし解析面では当初計画で予定していた有限要素解析が滞っているため、全体として「おおむね順調に進展している」とした。

Strategy for Future Research Activity

本年度は次年度に予定していた応答曲面モデル検証のための疲労試験片作成を開始できる状況にあったが、研究費が不足したため本年度予算残額を次年度に繰越した。また、応答曲面モデルの検証まで完了しなければ一定の結論が得られないため、本年度は当該研究に関する外部発表を見送ったが、次年度は本年度得られた成果と合わせた外部発表を計画している。

Expenditure Plans for the Next FY Research Funding

次年度の研究費は、主に材料費（加工費含む）、実験消耗品費、研究打ち合わせ旅費、研究成果発表旅費への利用を予定している。