| 研究課題/領域番号 |
23K23110
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| 補助金の研究課題番号 |
22H01842 (2022-2023)
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 基金 (2024)
補助金 (2022-2023) |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分26060:金属生産および資源生産関連
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| 研究機関 | 国立研究開発法人産業技術総合研究所 |
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研究代表者 |
本山 雄一 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 主任研究員 (60715019)
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| 研究分担者 |
岡根 利光 ものつくり大学, 技能工芸学部, 教授 (80251362)
徳永 仁史 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 主任研究員 (90357559)
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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 (2024年度)
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| 配分額 *注記 |
17,420千円 (直接経費: 13,400千円、間接経費: 4,020千円)
2024年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
2023年度: 5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円)
2022年度: 10,270千円 (直接経費: 7,900千円、間接経費: 2,370千円)
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| キーワード | 固液共存状態 / 合金 / 構成式 / 固液共存 / 半凝固 / 半凝固引張試験 / デンドライト / アルミニウム合金 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究では半凝固引張試験により固液共存温度域における合金の力学挙動を実験的に取得する．また，Cellular Automaton (CA)法を用いて計算した凝固組織を基に熱応力シミュレーション上で半凝固引張試験を実施する．そして実験的に得た固液共存状態でのマクロ的な応力-ひずみ挙動と，シミュレーションで得た凝固組織に生じるミクロ的な応力，ひずみ分布の計算値との比較・検討を行うことにより，固液共存状態での力学特性の支配因子を明らかにする．そして得られた知見を用いて，固相状態のみならず，凝固中の固液2相が共存する状態での力学挙動をも統一的に再現可能な構成式を開発する．
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| 研究実績の概要 |
本研究の目的は固液共存温度域における合金の力学特性の支配因子を明らかにし、得られた知見から固相状態のみならず、凝固中の固液2相状態での力学挙動をも統一的に表現可能な構成式を開発することである。本年度は、高周波誘導加熱方式の半凝固引張試験装置を用いてCu-Sn合金を対象として、固液共存温度域における引張試験を行い、固液共存温度域における力学特性を明らかにした。事前に熱力学計算ソフトウェアによりScheilモデルを用いた凝固計算により、Cu-Sn合金の温度-固相率の関係を明らかにした。得られた温度-固相率の計算データから固相率0.3～0.95の範囲となるように引張温度の設定を行った。引張試験の結果から、おおよそ固相率0.5から強度を生じ始め、固相率0.70から強度が急激に立ち上がり始めることが分かった。固相率0.60、0.90で試験を行った試験片について走査型電子顕微鏡(SEM)による破面観察を行った。固相率0.60の破面は破面全体にデンドライトが観察され、デンドライト間に存在する液膜内で破断したと推測された。一方、固相率0.90の場合は、デンドライト同士が剥離したような様子が観察され、部分的に固着したデンドライト間で割れを生じたと推測された。本試験で得られた半凝固状態のCu-Sn合金の引張強さと、従前の研究で報告のあった半凝固状態のAl-Mg-Si合金の引張強さとの比較も行い、異なる合金でも固相率が同じであれば強度も同様の値となるかどうか、についても検討も行った。比較の結果、Cu-Sn合金の方がより低い固相率から強度を生じ始め、また、同じ固相率においてもCu-Sn合金の方がAl-Mg-Si合金より高い引張強さを有することが分かった。この結果は、同じ固相率であっても、合金が異なれば強度も異なることを示しており、両合金の凝固組織の差が原因であると考えられた。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
本年度は、固液共存温度域の力学特性の実験データの取得に注力した。そのため、凝固組織のシミュレーションについては進捗が計画より遅れている。
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| 今後の研究の推進方策 |
半凝固引張試験については、引き続き実験を継続し、半凝固状態の合金の力学特性の支配因子の検討を行う。また、凝固シミュレーションについて、エフォートの割り当てを当初の予定より増やし、開発スピードを上げることとする。
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