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2020 年度 実績報告書

完全接合(接合部のない接合)技術の開発と新規構造材料の提案

研究課題

研究課題/領域番号 19H00826
研究機関大阪大学

研究代表者

藤井 英俊  大阪大学, 接合科学研究所, 教授 (00247230)

研究分担者 森貞 好昭  大阪大学, 接合科学研究所, 特任准教授 (00416356)
青木 祥宏 (アオキヤスヒロ)  大阪大学, 接合科学研究所, 特任講師 (70775642)
研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2024-03-31
キーワード接合 / ものづくり / 無変態 / 高強度 / 硬度 / 軟化 / 100%継手効率
研究実績の概要

接合部の組織が母材の組織と同じあるいは同等であり、金属学的に「界面」の存在の無い継手を得ることのできる接合技術を「完全接合技術」とし、その継手を「完全接合体」と定義した。「完全接合技術」は、原理的には含有炭素量に依存することなく、炭素鋼を接合可能な方法である。
2020年度は、接合の観点から最も困難な材料の一つに高張力鋼板などのマルテンサイトを主体とした素材を対象とした。これらの材料は、接合中に昇温されると焼き戻しによって炭化物が析出し、熱影響部(HAZ)において強度が低下する。そこで、接合温度200℃以下での接合を実施し、HAZ軟化の無い継手を得ることを目的として接合実験を行った。被接合材となる鋼材を850℃×30min保持し、WQすることで焼き入れした材料を、350℃、400℃,
450℃×60min+ACで焼戻しすることによって硬度を調整した材料を用いた。母材の硬度の変化におり、HAZ軟化領域の幅を制御できることを明らかにした。
温度と時間をパラメータとして解析を行い、完全接合技術の高張力鋼板への適用を可能性について調査した。接合温度の最適化を行い、主に界面強度、HAZ軟化の抑制の観点から、完全接合技術のメカニズムに迫るとともに、その適用可能範囲の拡大を試みた。さらに、円柱状の材料を接合するのに有利な、回転駆動を用いる摩擦圧接の技術と組み合わせて、低温で接合可能な低温摩擦圧接完全接合技術の確立にも成功した。これにより、鋼同士の接合だけでなく、異種材料の接合も可能になった。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

線形摩擦接合の技術を発展させて、円柱状の部材を接合可能な低温摩擦圧接技術を確立した。

今後の研究の推進方策

これまでの予定を上回っているので、継続して研究を推し進める。

  • 研究成果

    (37件)

すべて 2021 2020 その他

すべて 雑誌論文 (7件) (うち査読あり 6件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (18件) (うち国際学会 4件、 招待講演 3件) 備考 (2件) 産業財産権 (10件) (うち外国 6件)

  • [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

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Ultralow rotation speed produces high-quality joint in dissimilar friction welding of Ti?6Al?4V alloy and SUS316L stainless steel2021

    • 著者名/発表者名
      Liu Huihong、Fujii Hidetoshi
    • 雑誌名

      Materials Science and Engineering: A

      巻: 800 ページ: 140303~140303

    • DOI

      10.1016/j.msea.2020.140303

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Linear friction welding of Ti-6Al-4V alloy fabricated below β-phase transformation temperature2021

    • 著者名/発表者名
      Choi Jeong-Won、Aoki Yasuhiro、Ushioda Kohsaku、Fujii Hidetoshi
    • 雑誌名

      Scripta Materialia

      巻: 191 ページ: 12~16

    • DOI

      10.1016/j.scriptamat.2020.09.013

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Improved strength and ductility balance of medium-carbon steel with chromium and titanium fabricated by friction stir welding process2021

    • 著者名/発表者名
      Cheng Chun、Kadoi Kota、Fujii Hidetoshi、Ushioda Kohsaku、Inoue Hiroshige
    • 雑誌名

      Materials Science and Engineering: A

      巻: 803 ページ: 140689~140689

    • DOI

      10.1016/j.msea.2020.140689

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Medium and high carbon steel joints formed by friction welding below A1 temperature2020

    • 著者名/発表者名
      Morisada Y.、Shirasawa T.、Fujii H.
    • 雑誌名

      Science and Technology of Welding and Joining

      巻: 25 ページ: 438~445

    • DOI

      10.1080/13621718.2020.1738663

  • [雑誌論文] Low Temperature Linear Friction Welding of Metal and Alloys with with 100% Joint Efficiency2020

    • 著者名/発表者名
      Fujii H.
    • 雑誌名

      Journal of Light Metal Welding

      巻: 58 ページ: 8-13

    • DOI

      10.11283/jlwa.58.8s

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Friction Stir Welding of High Phosphorus Weathering Steel? Weldabilities, Microstructural Evolution and Mechanical Properties2020

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

      Tetsu-to-Hagane

      巻: 106 ページ: 892~901

    • DOI

      10.2355/tetsutohagane.TETSU-2020-057

    • 査読あり
  • [学会発表] Fabrication of High-Quality Joint in Dissimilar Friction Welding of Ti-6Al-4V Alloy and SUS316L Stainless Steel2021

    • 著者名/発表者名
      H. Liu, Y. Aoki, Y. Aoki and H. Fujii
    • 学会等名
      Int. Institute of Welding (Commission III Annual Assembly 2020 online), Online (2020.7.23-25)
    • 国際学会
  • [学会発表] Effects of Mo and V Additions on the Suppression of HAZ Softening of Friction Stir Welded Si-Mn Martensitic Steel2021

    • 著者名/発表者名
      Z. Wu, K. Ushioda and H. Fujii
    • 学会等名
      TMS2021 VIRTUAL, On-Line (2021.3.15-18)
    • 国際学会
  • [学会発表] 線形摩擦接合技術(LFW)2021

    • 著者名/発表者名
      藤井 英俊
    • 学会等名
      塑性加工学会東関東支部 第61回技術懇談会「塑性流動を用いた接合技術について」, オンライン (2021.1.29)
    • 招待講演
  • [学会発表] Low-tempreature Liner Friction Welding of Various Alloys with 100% Joint Efficiency2020

    • 著者名/発表者名
      H. Fujii
    • 学会等名
      Metal Additive Manufacturing and Friction Stir Processing: Present and Future, On-line (2020.9.16-17)
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Phosphorus Segregation and Its Effect on Properties in Friction Stir Welded High Phosphorus Weathering Steel2020

    • 著者名/発表者名
      T. Kawakubo, K. Ushioda and H. Fujii
    • 学会等名
      TMS2021 VIRTUAL, On-Line (2021.3.15-18)
    • 国際学会
  • [学会発表] 難接合材料を可能にする革新的接合技術の確立2020

    • 著者名/発表者名
      藤井 英俊
    • 学会等名
      「低炭素社会を実現する先端的耐熱材料・軽量材料の開発」公開シンポジウム, オンライン (2020.9.14)
    • 招待講演
  • [学会発表] 純アルミニウムA1050の低温線形摩擦接合2020

    • 著者名/発表者名
      李 蔚豪, 青木 祥宏, 藤井 英俊
    • 学会等名
      (一社)溶接学会 2020年度 春季全国大会, 東京 (2020.4.22-24)
  • [学会発表] 線形摩擦接合の継手特性に及ぼす振動方向の影響2020

    • 著者名/発表者名
      福良 篤司, 青木 祥宏, 藤井 英俊
    • 学会等名
      (一社)溶接学会 2020年度 春季全国大会, 東京 (2020.4.22-24)
  • [学会発表] 炭素鋼の線形摩擦接合におけるHAZ軟化抑制2020

    • 著者名/発表者名
      青木 祥宏, 藤井 英俊
    • 学会等名
      (一社)溶接学会 2020年度 春季全国大会, 東京 (2020.4.22-24)
  • [学会発表] ジュール熱大荷重局部変形接合法を利用した高炭素鋼の低温圧接:界面組織観察と接合機構解明2020

    • 著者名/発表者名
      劉 恢弘, 宮垣 徹也, 釜井 正善, 馬 運五, 麻 寧緒, 藤井 英俊
    • 学会等名
      (一社)溶接学会 2020年度 春季全国大会, 東京 (2020.4.22-24)
  • [学会発表] ジュール熱大荷重局部変形接合法によるTi-6Al-4VとSUS316Lの健全異種継手の作製2020

    • 著者名/発表者名
      林 泳錫, 劉 恢弘, 藤井 英俊
    • 学会等名
      (一社)溶接学会 2020年度 春季全国大会, 東京 (2020.4.22-24)
  • [学会発表] アルミニウム合金の低温線形摩擦接合2020

    • 著者名/発表者名
      李 蔚豪, 森貞 好昭, 青木 祥宏, 藤井 英俊
    • 学会等名
      (一社)軽金属学会第138回春期大会, 高松 (2020.5.22-24)
  • [学会発表] 低温線形摩擦接合によるアルミニウム継手の HAZ 軟化抑制2020

    • 著者名/発表者名
      李 蔚豪, 森貞 好昭, 青木 祥宏, 藤井 英俊
    • 学会等名
      (一社)溶接学会 2020年度 秋季全国大会, WEB開催 (2020.9.9-11)
  • [学会発表] HAZ 軟化を抑制する高張力鋼板の低温線形摩擦接合2020

    • 著者名/発表者名
      青木 祥宏, 潮田 浩作, 藤井 英俊
    • 学会等名
      (一社)溶接学会 2020年度 秋季全国大会, WEB開催 (2020.9.9-11)
  • [学会発表] 複雑な断面形状を有する中炭素鋼部材の線形摩擦接合2020

    • 著者名/発表者名
      福良 篤司, 青木 祥宏, 藤井 英俊
    • 学会等名
      (一社)溶接学会 2020年度 秋季全国大会, WEB開催 (2020.9.9-11)
  • [学会発表] 高炭素鋼の圧接制御通電圧接における界面接合機構の解明2020

    • 著者名/発表者名
      劉 恢弘, 宮垣 徹也, 釜井 正善, 馬 運五, 麻 寧緒, 藤井 英俊
    • 学会等名
      (一社)溶接学会 2020年度 秋季全国大会, WEB開催 (2020.9.9-11)
  • [学会発表] 圧力制御通電圧接Ti-6Al-4V/SUS316L異材継手における接合界面形成機構の解明2020

    • 著者名/発表者名
      林 泳錫, 劉 恢弘, 森貞 好昭, 藤井 英俊
    • 学会等名
      (一社)溶接学会 2020年度 秋季全国大会, WEB開催 (2020.9.9-11)
  • [学会発表] 極低回転速度による健全なTi-6Al-4V/SUS316L摩擦圧接継手の作製2020

    • 著者名/発表者名
      劉 恢弘, 藤井 英俊
    • 学会等名
      (公社)日本金属学会 2020年秋期 第167回講演大会, オンライン開催 (2020.9.15-18)
  • [備考] 接合科学研究所接合界面機構学分野

    • URL

      http://www.jwri.osaka-u.ac.jp/research/research03_3.html

  • [備考] 接合界面機構学分野藤井研究室

    • URL

      http://www.jwri.osaka-u.ac.jp/~dpt9/index.html

  • [産業財産権] 金属材の固相接合方法及び固相接合装置2020

    • 発明者名
      藤井 英俊, 森貞 好昭, 劉 恢弘, 青木 祥宏, 釜井 正善
    • 権利者名
      大阪大学
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      特願2020-507455
  • [産業財産権] 異材固相接合方法及び異材固相接合構造物2020

    • 発明者名
      藤井 英俊, 森貞 好昭, 青木 祥宏
    • 権利者名
      大阪大学
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      PCT/JP2020/026796
    • 外国
  • [産業財産権] 金属材の固相接合方法及び固相接合装置2020

    • 発明者名
      藤井 英俊, 森貞 好昭, 劉 恢弘, 青木 祥宏, 釜井 正善
    • 権利者名
      大阪大学
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      ヨーロッパ1970353.1
    • 外国
  • [産業財産権] 金属材の固相接合方法及び固相接合装置2020

    • 発明者名
      藤井 英俊, 森貞 好昭, 劉 恢弘, 青木 祥宏, 釜井 正善
    • 権利者名
      大阪大学
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      中国201980037370.3
    • 外国
  • [産業財産権] 摩擦圧接方法2020

    • 発明者名
      藤井 英俊, 劉 恢弘, 森貞 好昭
    • 権利者名
      大阪大学
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      特願2020-160467
  • [産業財産権] 異材固相接合方法、異材固相接合構造物及び異材固相接合装置2020

    • 発明者名
      藤井 英俊, 森貞 好昭, 青木 祥宏, 釜井 正善
    • 権利者名
      大阪大学
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      PCT/JP2020/040395
    • 外国
  • [産業財産権] 線形摩擦接合方法及び接合構造体2020

    • 発明者名
      藤井 英俊, 森貞 好昭, 他4名
    • 権利者名
      大阪大学
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      特願2021-036522
  • [産業財産権] 異材固相接合方法及び異材固相接合構造物2020

    • 発明者名
      藤井 英俊, 森貞 好昭, 他1名
    • 権利者名
      大阪大学
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      特願2021-037269
  • [産業財産権] 固相接合用鋼、固相接合用鋼材、固相接合継手及び固相接合構造物2020

    • 発明者名
      藤井 英俊, 森貞 好昭, 他2名
    • 権利者名
      大阪大学
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      PCT/JP2021/010577
    • 外国
  • [産業財産権] 線形摩擦接合装置2020

    • 発明者名
      藤井 英俊, 森貞 好昭, 青木 祥宏, 釜井 正善
    • 権利者名
      大阪大学
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      PCT/JP2021/012371
    • 外国

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公開日: 2021-12-27  

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