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摩擦攪拌接合中の再結晶制御による微細組織形成手法の確立

研究課題

研究課題/領域番号 20K05168
研究種目

基盤研究(C)

配分区分基金
応募区分一般
審査区分 小区分26050:材料加工および組織制御関連
研究機関国立研究開発法人物質・材料研究機構

研究代表者

柳楽 知也  国立研究開発法人物質・材料研究機構, 構造材料研究拠点, 主幹研究員 (00379124)

研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2023-03-31
研究課題ステータス 完了 (2022年度)
配分額 *注記
4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)
2022年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2021年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
2020年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
キーワード摩擦攪拌接合 / 動的再結晶 / 積層欠陥エネルギー / 微細化機構 / 溶接技術 / 焼鈍双晶 / 再結晶 / 組織形成 / 双晶
研究開始時の研究の概要

本研究では、超強加工プロセスの一種である摩擦攪拌接合により面心立方格子(fcc)型の金属材料であるAl、Cu、Agを対象に、申請者が独自に見出した再結晶を完全に抑制できる現象の解明を通して、微細組織形成に影響を及ぼす支配因子(動的再結晶、双晶の形成、結晶粒の粗大化)を特定する。得られた知見を基に、新たな摩擦攪拌接合における再結晶制御による微細組織形成手法の確立を目指す。

研究成果の概要

本研究では、面心立方格子(FCC)型であり、積層欠陥エネルギーの異なる金属材料(Al、Ag、Cu、Cu-30Zn)を対象に高温での強加工プロセスの一種である摩擦攪拌接合の微細化機構を動的再結晶および焼鈍双晶の観点から調査し、組織制御手法の確立を目指した。再結晶温度に対する接合温度の比によって、微細化機構や結晶粒子径を制御できることが分かり、組織形成を統一的に整理できることが明らかとなった。

研究成果の学術的意義や社会的意義

一般に構造物全体の特性は、主に最弱部である溶接部によって決まるため、本研究で対象とする摩擦攪拌接合は、溶接部の結晶粒微細化によって機械的特性の向上が期待できる有効な接合法である。得られた成果は、積層欠陥エネルギーが小から中程度の面心立方型の金属全般の組織制御指針の提案に繋がるため、広範な応用が期待できる。摩擦攪拌接合を利用した長寿命な構造体を作製するための接合技術の確立として大きな意義がある。

報告書

(4件)
  • 2022 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2021 実施状況報告書
  • 2020 実施状況報告書
  • 研究成果

    (18件)

すべて 2022 2021 2020

すべて 雑誌論文 (7件) (うち国際共著 3件、 査読あり 7件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (11件) (うち国際学会 1件、 招待講演 2件)

  • [雑誌論文] 摩擦攪拌接合した0.2%C-2%Si-Cr鋼の組織と機械的性質2022

    • 著者名/発表者名
      伍 沢西, 柳楽 知也, 潮田 浩作, 宮本 吾郎, 藤井 英俊
    • 雑誌名

      鉄と鋼

      巻: 108 号: 12 ページ: 911-925

    • DOI

      10.2355/tetsutohagane.TETSU-2022-038

    • ISSN
      0021-1575, 1883-2954
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Microstructural evolutions of 2N grade pure Al and 4N grade high-purity Al during friction stir welding2021

    • 著者名/発表者名
      T. Nagira, X.C. Liu, K. Ushioda and H. Fujii
    • 雑誌名

      Materials

      巻: 14 号: 13 ページ: 3606-3606

    • DOI

      10.3390/ma14133606

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Microstructures and tensile properties of friction stir welded 0.2%C?Si?Mn steel2021

    • 著者名/発表者名
      Wu Zexi、Nagira Tomoya、Ushioda Kohsaku、Miyamoto Goro、Fujii Hidetoshi
    • 雑誌名

      Materials Science and Engineering: A

      巻: 799 ページ: 140068-140068

    • DOI

      10.1016/j.msea.2020.140068

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Mechanism of grain structure development for pure Cu and Cu-30Zn with low stacking fault energy during FSW2020

    • 著者名/発表者名
      Nagira T.、Liu X.C.、Ushioda K.、Fujii H.
    • 雑誌名

      Science and Technology of Welding and Joining

      巻: 25 号: 8 ページ: 669-678

    • DOI

      10.1080/13621718.2020.1818032

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Time-resolved X-ray imaging of solidification cracking for Al-Cu alloy at the weld crater2020

    • 著者名/発表者名
      Nagira T.、Yamashita D.、Kamai M.、Liu H.、Aoki Y.、Fujii H.、Uesugi K.、Takeuchi A.
    • 雑誌名

      Materials Characterization

      巻: 167 ページ: 110469-110469

    • DOI

      10.1016/j.matchar.2020.110469

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 高P耐候性鋼の摩擦攪拌接合-その接合性,組織の発達および機械的特性-2020

    • 著者名/発表者名
      Kawakubo Takumi、Nagira Tomoya、Ushioda Kohsaku、Fujii Hidetoshi
    • 雑誌名

      鉄と鋼

      巻: 106 号: 12 ページ: 892-901

    • DOI

      10.2355/tetsutohagane.TETSU-2020-057

    • NAID

      130007946194

    • ISSN
      0021-1575, 1883-2954
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Effect of Stacking Fault Energy on the Grain Structure Evolution of FCC Metals During Friction Stir Welding2020

    • 著者名/発表者名
      Liu Xiaochao、Sun Yufeng、Nagira Tomoya、Ushioda Kohsaku、Fujii Hidetoshi
    • 雑誌名

      Acta Metallurgica Sinica (English Letters)

      巻: 33 号: 7 ページ: 1001-1012

    • DOI

      10.1007/s40195-020-01064-6

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] 制振ダンパー用鋼材の接合技術とその周辺技術2022

    • 著者名/発表者名
      柳樂知也
    • 学会等名
      第16回鉄鋼材料と鋼構造に関するシンポジウム
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 制振ダンパー用Fe-Mn-Si系合金の摩擦攪拌接合2022

    • 著者名/発表者名
      柳樂知也、Nikulin Ilya、中村照美、澤口孝宏、森貞好昭、森正和、藤井英俊
    • 学会等名
      日本鉄鋼協会春季(第183回)講演大会シンポジウム
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] 高空間分解X線イメージングを利用したFe-Mn-Si系合金における溶接凝固現象のその場観察2021

    • 著者名/発表者名
      柳樂知也、中村照美、吉中奎貴、澤口孝宏、劉恢弘、青木祥宏、釜井正善、藤井英俊
    • 学会等名
      溶接学会2021年度秋季全国大会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] 耐候性厚鋼板の線形摩擦接合2021

    • 著者名/発表者名
      川久保拓海、潮田浩作、藤井英俊、柳樂知也、中村照美
    • 学会等名
      溶接学会2021年度秋季全国大会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] 摩擦攪拌接合を前提として開発した高P添加の耐候性鋼の靭性評価2020

    • 著者名/発表者名
      川久保拓海、柳楽知也、潮田浩作、藤井英俊
    • 学会等名
      溶接学会2020年度春季全国大会
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [学会発表] 高純度Alの摩擦攪拌接合中における微細組織形成の解明2020

    • 著者名/発表者名
      柳楽知也、劉小超、潮田浩作、藤井英俊
    • 学会等名
      溶接学会2020年度春季全国大会
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [学会発表] 摩擦攪拌接合したSi-Mn炭素鋼の組織と機械的性質に及ぼすMoおよびV添加の影響2020

    • 著者名/発表者名
      伍沢西、柳楽知也、潮田浩作、藤井英俊
    • 学会等名
      溶接学会2020年度春季全国大会
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [学会発表] 低い積層欠陥エネルギーを有するfcc金属におけるFSW中の微細組織形成機構の解明2020

    • 著者名/発表者名
      柳樂知也, 劉小超, 潮田浩作, 藤井英俊
    • 学会等名
      溶接学会2020年度秋季全国大会
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [学会発表] Micro-texture evolution of Ag with low stacking fault energy during friction stir welding2020

    • 著者名/発表者名
      T. Nagira, X.C. Liu, K. Ushioda, H. Fujii
    • 学会等名
      The 19th International Conference on Texture of Materials (ITOCOM19)
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 金属合金の凝固・変形のその場観察を利用した溶接・鋳造欠陥、組織形成機構の解明2020

    • 著者名/発表者名
      柳樂知也
    • 学会等名
      日本金属学会2021年春期第168回講演大会
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Fe-18%Cr-Ni(8, 11, 14, 20%Ni)合金における準安定δ相の核生成によるマッシブ的δ-γ変態の選択2020

    • 著者名/発表者名
      西村友宏, 松林領汰, 森下浩平, 吉矢真人, 柳樂 知也, 安田秀幸
    • 学会等名
      日本鉄鋼協会2021年春季講演大会
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書

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公開日: 2020-04-28   更新日: 2024-01-30  

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