| 研究課題/領域番号 |
16K06761
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| 研究機関 | 沖縄工業高等専門学校 |
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研究代表者 |
政木 清孝 沖縄工業高等専門学校, 機械システム工学科, 准教授 (30323885)
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| 研究期間 (年度) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| キーワード | 摩擦攪拌接合 / 疲労き裂進展 / 放射光ラミノグラフィ / ショットピーニング / レーザピーニング / 応力拡大係数 |
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| 研究実績の概要 |
各種輸送機器などへの適用が進められているアルミニウム合金の摩擦攪拌接合（FSW）継手について、レーザピーニング技術を用いて疲労信頼性向上を目指すとともに、Ｘ線CTや放射光ラミノグラフィを利用して疲労き裂の進展挙動を非破壊的に調査し、疲労特性改善メカニズム、疲労破壊メカニズムの解明を目指す事を目的としている。平成28年度は、継続的に実施している放射光ラミノグラフィを用いたA6061とA2024材の異材FSW接合材のき裂進展特性調査のほか、A2024材を用いた共材FSW継手を新規に作成して基礎的な疲労特性調査を行った。以下に本年度の研究成果概要を述べる。
（１）化学組成の異なる2種類のアルミニウム合金、A6061とA2024材の異材FSW接合材を作成し、大型放射光施設SPring-8のビームラインBL19B2を利用した継続的な実験により、放射光ラミノグラフィによる疲労き裂と組織の攪拌状況に関するデータを取得した。従来の研究では試験片中央部に微小ドリル穴を付与してき裂発生場所を限定していたが、今回のものは試験片中央部にドリル穴を付与せずに実施した。取得されたデータが膨大であるため、現在も可視化作業を続行中である。
（２）従来のA6061共材FSW継手と比較するため、A2024共材FSW継手の接合条件を見いだし、接合材から従来と同一形状の試験片を作成して、基礎的な平面曲げ疲労試験を実施した。S-N特性を取得した結果、A2024共材FSW継手の疲労限度（107回疲労強度）はA2024母材の疲労限度に対して概ね50MPa程度低くなった。A6061材の場合と比較して、A2024材では接合材の強度低下が大きくなる事が分かった。
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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
まずは、A6061とA2024の異材FSW継手に関して、放射光ラミノグラフィによる摩擦攪拌状況とき裂発生・進展過程の同時可視化を行うことを目標とした。昨年度改良したツールを用いて、A6061とA2024の異材FSW継手を作成し、試験片の準備を行った。大型放射光施設SPring-8を利用したラミノグラフィ観察によって疲労き裂の可視化を行うが、本年度の実験ではき裂発生箇所を特定するためのドリル穴を付与せずに、き裂の発生過程から観察することとした。しかし、急遽、緊急を要する他業務（学内業務）が発生し、SPring-8での実験見通しが立てられずに今年度は断念した。しかし、研究に必要なデータは過去にSPring-8で実験を実施した際に得られたもので十分であることから、このデータ解析を主として実施することとした。扱うデータが膨大な量であるため、解析に利用するためのコンピューター環境を整え、き裂の可視化と進展挙動の調査を開始した。
また、A2024のFSW継手を作成し、基礎データとなる平面曲げ疲労特性を調査する事も目標とした。これまでの一連の研究で、A6061共材FSW継手、A6061/A2024異材FSW継手の疲労特性に関する調査を行っており、その比較対象とするものである。まずA2024材の共材FSW継手の作成条件を見いだして接合方法を確立し、試験片の準備を行った。試験片準備と平行して母材の平面曲げ疲労試験を実施して、その基礎的な疲労データを取得した。A2024共材FSW試験片作成後は、同様の平面曲げ疲労試験を実施して、基礎的な疲労データを取得した。A6061の場合と異なり、FSW継手材の疲労限度は母材の疲労限度よりも大幅に低下することが分かった。
SPring-8での実験を行わなかったが、予定していた計画を概ね達成していることから、「（2）おおむね順調に進展している。」と判断した。
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| 今後の研究の推進方策 |
平成29年度は平成28年度までのデータを吟味し、以下の内容について検討を進めていく。
（１）フェムト秒レーザピーニング処理によるFSW継手の疲労特性改善調査
本件は、平成28年度に疲労基礎データを取得したA2024の共材FSW継手を対象として、レーザピーニング（LP）処理による疲労特性改善について調査するものである。LP処理には、（株）東芝の佐野氏が開発したナノ秒パルスレーザを用いる従来の日本式LP処理と、大阪大学の佐野氏が開発したフェムト秒パルスレーザを用いるフェムト秒LP処理とがあり、本研究ではまずフェムト秒LP処理による疲労特性改善について検討する。A2024共材FSW継手は既に作成済みであるので、試験片加工ののちにフェムト秒LP処理を実施する。フェムト秒LP処理施工後は、平面曲げ疲労試験を実施して疲労特性改善について調査するとともに、X線回折装置を用いた残留応力測定、硬さ試験機による硬さ分布の調査などを行って、ピーニング効果と疲労特性改善効果との相関を調査する。
（２）FSW継手に対するLP処理の疲労き裂進展抑制効果の検証
本件は、平成28年度でデータ解析を行っているA2024/A6061異材FSW継手材の疲労き裂進展挙動のデータ整理を行い、き裂発生箇所と攪拌組織との相関性を調査し、攪拌中心にドリルを付与したこれまでき裂進展特性との相違等について、定量的に明らかにしようとするものである。具体的にはき裂先端の応力拡大係数の比較を行っていく予定である。さらに、疲労予き裂を導入したA2024/A6061の異材FSW継手材を用意し、ナノ秒およびフェムト秒LP処理を適用して、圧縮残留応力などによる疲労き裂の進展抑制効果を検証する。ラミノグラフィのデータ解析に予想外に時間を要しているので、早急に完了して定量的な評価まで行っていきたい。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
今年度、緊急を要する他業務のため、SPring-8での実験が行えなかった。そのため、実験のために計上していた旅費分を、他の費用に振り替えざるをえなかった。年度末での金額調整が行えなかったため、次年度の旅費の一部に振り返ることとした。
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| 次年度使用額の使用計画 |
学会参加費の一部として使用する。
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