| 研究課題/領域番号 |
22K03820
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分18010:材料力学および機械材料関連
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| 研究機関 | 北海道大学 |
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研究代表者 |
藤村 奈央 北海道大学, 工学研究院, 助教 (40732988)
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2024年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2023年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2022年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
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| キーワード | 表面改質 / 組織の微細化 / 振動圧縮負荷 / 接触 / マグネシウム合金 / 振動 / 金属材料 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
軽く比強度の高い軽金属は構造用材料として活躍が期待されるが、強度・耐久性の低さから用途が制限されるため、これらを向上させるための表面改質技術の開発は重要な課題である。また、合理的に最適な加工条件を設定して材料表層の組織を制御するためには、表面改質のメカニズムを把握することも重要である。本研究では、低荷重の振動圧縮負荷を表面に走査しながら与えることで表層を微細化する表面改質技術Scanning Cyclic Pressを施した金属材料の組織や構造、機械的性質の変化に対して加工パラメータが及ぼす影響を実験と数値解析に基づいて検討する。そして、本技術による改質機構を明らかにすることを目指す。
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| 研究実績の概要 |
本研究では、振動するインデンタで低荷重の圧縮負荷を材料表面に走査しながら与えることで表層を改質する技術：Scanning Cyclic Press（SCP）の加工パラメータが金属の表層組織や構造、機械的性質の変化に及ぼす影響を表面改質実験と数値解析に基づいて検討し、本技術による改質機構を明らかにすることを目指している。SCPでは、負荷の大きさやその繰返し数、付与する速さなどを加工パラメータとして設定することができる。これらパラメータのうち、2023年度は主に負荷の繰返し数に着目して表面改質実験を行い、疲労特性における影響を検討した。具体的な検討内容とその成果を以下に示す。
マグネシウム合金AZ31の丸棒試験片に対し、インデンタが改質範囲の左端から右端までを一方向に移動するのに相当する繰返し数でSCPを実施した。改質後、疲労試験を行った結果、疲労寿命は未改質材のそれよりも長く、今回よりも多い繰返し数で改質した試験片とほぼ同じであった。破面観察より、内部を起点とした破壊であることが認められたことから、これまでの検討結果も含め、調査した応力レベルでは、改質材の破壊は、改質時の繰返し数によらず、すべて表面起点型から内部起点型に遷移することが示された。このことから、繰返し数が最も少ない今回の条件であっても、AZ31の表面破壊の疲労強度を向上させ、疲労寿命を改善するのには十分であることが示された。今後、断面組織観察や表層の硬さ測定を通じて改質後の表層組織への影響を検討する。そのため、観察・測定用試料を作製した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
2023年度は、SCPを用いた表面改質実験において負荷の繰返し数に着目し、これが改質後の機械特性や表層組織に及ぼす影響を検討することを目標としていた。これに対し、これまで検討した中で負荷が最も少ない繰返し数でSCPを施し、これまでの成果と併せて比較検討することで改質材の疲労特性を明らかにすることができた。また、断面組織観察ならびに硬さ測定の実施までは至らなかったが、これらを実施するための準備は行うことができた。このように、SCPの加工パラメータの影響について、2022年度に着目した「負荷の大きさ」に続き、「負荷の繰返し数」に着目した検討を進められたことから、全体として、おおむね順調に進展していると判断する。
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| 今後の研究の推進方策 |
引き続き、マグネシウム合金を対象として種々の加工パラメータでSCPを適用し、加工パラメータが金属の表層組織の変化に及ぼす影響を断面組織観察やナノインデンテーションによる硬さ測定から検討する。2024年度は主に走査速度に着目して改質実験を行う予定である。断面組織の観察・分析には、所属する北海道大学の共同利用施設に設置されている機器・設備を利用し、主に走査型電子顕微鏡によるEBSD解析や透過型電子顕微鏡による観察を行う。数値解析については、2022年度に作成したインデンタを試験片に1回押し込むだけの解析モデルを基に、2024年度は、実際のSCPで行っているように、インデンタを走査することによる表層への影響を検討できる解析モデルの作成に取り組む。そして、これらの実験結果と解析結果との比較検討を通じて、SCPによる改質機構の解明を目指す。
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