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FSW性に優れた鉄鋼材料開発のための接合ツール摩耗現象と摩耗残存物の挙動解析

研究課題

研究課題/領域番号 17686061
研究種目

若手研究(A)

配分区分補助金
研究分野 材料加工・処理
研究機関東北大学

研究代表者

佐藤 裕  東北大学, 大学院・工学研究科, 助手 (00292243)

研究期間 (年度) 2005 – 2006
研究課題ステータス 完了 (2006年度)
配分額 *注記
30,940千円 (直接経費: 23,800千円、間接経費: 7,140千円)
2006年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
2005年度: 28,080千円 (直接経費: 21,600千円、間接経費: 6,480千円)
キーワード摩擦攪拌接合 / 鉄鋼 / 回転ツール / 摩耗
研究概要

構造物の溶融溶接時に生じる問題点は、固相状態での強ひずみ付与により達成される摩擦攪拌溶接(FSW)により大幅に軽減できる。現在、鉄鋼に対するFSW用ツールは市販のものも含めて数種類存在するが、いずれもFSW中に摩耗し、ツール摩耗残存物は、鉄鋼の合金成分と反応し、特性劣化を引き起こす反応生成物を形成する可能性が示唆されている。しかし、既存のツールでさえ、高融点、高い高温強度、高い耐摩耗性を有する特殊な材料であることを考えれば、摩耗のないFSW用ツールを開発することは事実上不可能であるため、FSW中に生じるツールの摩耗現象と摩耗残存物と鉄鋼合金成分の反応メカニズムを解明し、摩耗が起こったとしても特性劣化が起こらない鉄鋼の開発が必要である。本研究では、鉄鋼材料用FSWツールの1つであるCBN(立方晶窒化ホウ素)ツールを用いたFSWを、各種ステンレス鋼に対して実施し、FSWツール摩耗はオーステナイト系ステンレス鋼において顕著であること、摩耗の結果、Crほう化物が攪拌部内に生成して、耐食性が著しく劣化することを示した。W-Re合金ツールを用いた場合には、ツール摩耗が顕著に生じるものの、摩耗残存物はステンレス鋼中にフェライト中に固溶して、耐食性の劣化はほとんど起こらないことが示された。WCツールを用いた場合には、ツール摩耗および変形が顕著に起こり、攪拌部内に残存した摩耗残存物が耐食性を著しく劣化させる析出物を形成することが明らかとなった。Al_2O_3ツールを用いた場合には、ツール走行途中にツール破断が生じ、ツールが走行できた領域にはツールの摩耗残存物が多数観察されたが、CBNやWCのように耐食性を劣化させる反応生成物を形成することはなかった。これらツール材がステンレス鋼マトリックスに残存した場合の安定相を熱力学計算により求めた結果、組織解析にて示された相がほぼ安定であることから、熱力学計算を用いてFSW性に優れた鉄鋼開発の可能性が示唆された。

報告書

(2件)
  • 2006 実績報告書
  • 2005 実績報告書
  • 研究成果

    (1件)

すべて 2007

すべて 雑誌論文 (1件)

  • [雑誌論文] Microstructure and properties of friction stir welded 304 stainless steel using W-based alloy tool2007

    • 著者名/発表者名
      Yutaka S.Sato, Masahiro Muraguchi, Hiroyuki Kokawa
    • 雑誌名

      Friction Stir Welding and Processing IV

      ページ: 261-268

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書

URL: 

公開日: 2005-04-01   更新日: 2016-04-21  

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