2014 Fiscal Year Research-status Report
超強加工により作製したサブミクロン微細結晶粒材料の摩擦摩耗特性の解明
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25420102
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| Research Institution | Fukui National College of Technology |
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Principal Investigator |
加藤 寛敬 福井工業高等専門学校, その他部局等, 教授 (30311020)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 超強加工 / 微細結晶粒材料 / 摩擦摩耗 / 摩耗変質層 / 高圧ねじり加工 / 結晶粒ザイズ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、超強加工により作製したバルクナノメタルの特異な摩耗特性を、摩擦摩耗により組織が変化した摩耗変質層の金属学的性質と力学特性と関連づけることにより明らかにして、耐摩耗性に優れたバルクナノメタルを開発することである。
２年目である平成２６年度では、バルクナノメタルとして超強加工の一つである高圧ねじり（HPT）加工材を採り上げ、摩耗試験における摩擦条件がHPT加工材の摩耗特性に及ぼす影響を調査することに重点を置いて研究を実施した。具体的には、試験材料をFe-11ppmC の極低炭素鋼とし、回転回数はN=0(圧縮のみ)、1/4、1/2、1、5、10の6水準で、圧縮応力5GPa、回転速度0.2rpmの条件でHPT加工を行い、種々の結晶粒径をもつ微細結晶粒材料を作製した。次に、トライボロジー特性の評価は、回転するディスクにボールを押し付けてすべり摩擦させるボールオンディスク摩耗試験機を用いてＡｒガス雰囲気中で行った。
その結果、HPT加工材の摩耗特性は、摩擦速度が遅い場合（ディスク回転速度6rpm）においては相手材の材質（SUJ2、超硬合金）によって試験時間の影響が異なるという興味深い結果が得られた。また、摩擦速度を速くしても（ディスク回転速度980rpm）、HPT加工回転回数が増加するほど摩耗量は減少し、バルクナノメタルの結晶粒微細化による硬度上昇の効果が得られた。さらに、摩耗試験で生成したHPT加工材の摩耗変質層では結晶粒がさらに微細化していることを見出し、摩擦熱による温度上昇に伴う回復や再結晶の影響は認められなかった。
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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
バルクナノメタルとして超強加工の一つである高圧ねじり（HPT）加工材を採り上げ、摩耗試験における摩擦条件がHPT加工材の摩耗特性に及ぼす影響を明らかにすることができた。さらに、摩耗試験で生成した摩耗変質層の金属学的性質と力学的特性を明らかにして、バルクナノメタルの摩耗特性を摩耗変質層の性質と関連づけて考察し、平成２６年度の目標を達成できた。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでの研究でHPT加工における加工条件が材料の組織や硬さに及ぼす影響や、摩耗試験における摩擦速度がHPT加工材の摩耗特性への影響を明らかにできたので、今後は、他の摩擦条件（面圧（荷重）、相手材、雰囲気、試験時間）が及ぼす影響を明確にする。また、他の鉄系材料（炭素鋼など）とHPT加工材との耐摩耗性の比較を行う。
一方、摩耗試験で生成した摩耗変質層の金属学的性質（結晶粒サイズ、結晶方位、転位密度）と力学的特性（硬さ）の解明を継続して行い、バルクナノメタルの摩耗特性を摩耗変質層の性質と関連づける。
さらに、摩耗試験結果をHPT加工条件にフィードバックしてバルクナノメタルの耐摩耗性の向上を図る。すなわち、摩耗変質層の性質を摩擦条件によって分類し、摩擦条件に応じて耐摩耗性に優れたサブミクロン微細結晶粒材料を作るためのHPT加工条件を明らかにする。
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| Causes of Carryover |
摩耗変質層の力学特性を調査するための超微小硬度計が突然故障し、そのための修理費が急遽必要となったため、10万円の前倒し支払請求を行い交付を受けた。その修理が予定よりも安く行えたため、18,807円の残額が生じ、その結果として次年度使用額が生じた。これは、前倒し支払に伴うものであり、次年度使用額を加えても当初の交付予定額と比べると少ない。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
次年度使用額は少額で、研究遂行の上で影響はほとんど無い。次年度交付金と加えて、当初予定していた物品費として、HPT加工材の摩耗試験片（ディスク、ボールの材料費・加工費）や洗浄用薬品（アセトン他）、摩耗試験雰囲気用のガス（高純度Ａｒ）、試料切断研磨消耗品（切断砥石・研磨砥粒）、真空排気関係消耗品、SEM・TEM試料作成用消耗品などに加えて、成果発表として学会発表用の旅費や登録費、論文別刷り代などの使用を計画している。
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