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2019 年度 実績報告書

ショットピーニングにて発現する特異現象を用いた表面組織制御の指導原理の究明

研究課題

研究課題/領域番号 19H02455
研究機関名古屋工業大学

研究代表者

佐藤 尚  名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (50402649)

研究分担者 本塚 智  九州工業大学, 大学院工学研究院, 准教授 (30585089)
渡邉 義見  名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (50231014)
研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2022-03-31
キーワードショットピーニング / 相変態 / 集合組織 / 巨大ひずみ加工 / 磁性
研究実績の概要

2019年度は,主として「ショットピーニング(SP)にて生じる圧縮残留応力と相変態挙動の関係の解明」および「SPにて形成する集合組織および集合組織形成過程の解明」について調査を行った.なお,2019年度は,実験試料入手の関係で前者のテーマを前倒しで実施したため,「落錘型衝撃試験によるSP加工組織形成過程のモデル化」を2020年度に実施することにした.2019年度に得られた主な知見は下記の通りである.
①SPにて生じる圧縮残留応力と相変態挙動の関係の解明
投射方向と加工面のなす角度(以降,投射角度)が小さくなると加工表面近傍に生じる圧縮残留応力は大きくなる.この現象を用いることで,圧縮残留応力とSPに伴う相変態挙動の関係を明らかにし,マルテンサイト相を多く有するFe-33%Ni合金へのSPに伴う逆変態の発現要因の究明を試みた.その結果,投射角度が小さくなるにつれて,加工表面近傍の圧縮残留応力が増加し,かつマルテンサイト相からオーステナイト相への逆変態が顕著に生じた.また,圧縮残留応力からSP後におけるFe-33%Ni合金のT0点を推算した結果,T0点は室温近傍まで低下していた.よって,SPにて生じる圧縮残留応力に伴う相変態温度の低下は,SPにて生じる逆変態の発現要因の一つであることが明らかとなった.
②SPにて形成する集合組織および集合組織形成過程の解明
純Feおよび純Cuに対してSPを施すことで生じる集合組織について調査した.0.6MPaの投射圧力にてSPを施した結果,純Feにおいては,<001>方向と加工面法線方向が平行となった<001>繊維集合組織が形成した.一方,純Cuには<011>方向と加工面法線方向が平行となる<011>繊維集合組織が形成することが分かった.さらに,これらの集合組織解析結果から,SPにて生じる塑性変形は単軸圧縮が支配的であることも明らかとなった.

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

2019年度の当初計画では,「落錘型衝撃試験によるショットピーニング(SP)加工組織形成過程のモデル化」および「SPにて形成する集合組織および集合組織形成過程の解明」を実施する予定であった.しかし,2020年度に実施する予定であった「SPにて生じる圧縮残留応力と相変態挙動の関係の解明」で用いる実験試料を入手したため,前倒しでこのテーマを実施した.その結果,2019年度は「SPにて生じる圧縮残留応力と相変態挙動の関係の解明」および「SPにて形成する集合組織および集合組織形成過程の解明」を実施している.一方,近年,有限要素解析などを用いてSPをモデル化した研究が多くなされていることから,これらの文献調査を行うことで,「落錘型衝撃試験によるSP加工組織形成過程のモデル化」を遂行するための準備を行った.さらに,SPにて形成する集合組織に関する研究では,得られた成果に特許性があるため,特許を出願した.
以上より,研究テーマの入れ替えがあったが,本研究課題はおおむね順調に進展している.

今後の研究の推進方策

2019年度の研究にてまとまった成果が得られてきたので,これらの成果を用いて学会発表や学術雑誌への投稿を行いたい.また,本研究課題では,計算科学の知見が欠落しているため,有限要素解析を行っている研究者と連携を取っていく予定である.
一方,2020年度に遂行する研究課題としては,2019年度から2020年度に変更した「落錘型衝撃試験によるSP加工組織形成過程のモデル化」を中心に実施する.それによって,SPに伴う加工組織の形成過程を明らかにする.さらに,「SPにて形成する集合組織および集合組織形成過程の解明」では,純Feにおいてより強い<001>繊維集合組織を形成させるための手段の検討および磁気特性の評価を行い,2021年度に実施する電磁鋼板としての応用につなげていく.以上を遂行することで,SPによる表面組織制御技術の指導原理の構築を進めていく.

  • 研究成果

    (12件)

すべて 2021 2020 2019

すべて 学会発表 (11件) (うち国際学会 7件、 招待講演 2件) 産業財産権 (1件)

  • [学会発表] Effects of volume change by phase transformation on reverse transformation induced by shot-peening for Fe alloys2021

    • 著者名/発表者名
      Hisashi Sato, Takuto Tominaga, Tomokazu Moritani, Yoshimi Watanabe
    • 学会等名
      16th International Conference on Martensitic Transformation (ICOMAT2021)
    • 国際学会
  • [学会発表] Effects of strain-induced cyclic transformation on microstructure around peened surface of SUS304 austenitic stainless steel2021

    • 著者名/発表者名
      Yuji Nakagawara, Hisashi Sato, Tomokazu Moritani, Yoshimi Watanabe
    • 学会等名
      16th International Conference on Martensitic Transformation (ICOMAT2021)
    • 国際学会
  • [学会発表] Effects of peening direction on reverse transformation induced by shot-peening for Fe-33%Ni alloy2021

    • 著者名/発表者名
      Hisashi Sato, Takuto Tominaga, Tadachika Chiba, Tomokazu Moritani, Yoshimi Watanabe
    • 学会等名
      The 11th International Conference on Processing & Manufacturing of Advanced Materials (Thermec 2021)
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 純鉄へのショットピーニングにて形成する結晶学的集合組織2020

    • 著者名/発表者名
      佐藤尚, 石黒雄大, 森谷智一, 渡辺義見, 本塚智
    • 学会等名
      日本鉄鋼協会 第179回春季講演大会
  • [学会発表] Novel microstructural controlling technique on surface of Fe alloys by using shot-peening2019

    • 著者名/発表者名
      Hisashi Sato
    • 学会等名
      The 3rd FRIMS International Symposium on Frontier Materials
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Crystallographic texture induced by shot-peening for pure iron2019

    • 著者名/発表者名
      Yudai Ishiguro, Hisashi Sato, Yoshimi Watanabe
    • 学会等名
      The 3rd FRIMS International Symposium on Frontier Materials
    • 国際学会
  • [学会発表] Surface modification of SUS 304 austenitic stainless steel by strain-induced cyclic transformation2019

    • 著者名/発表者名
      Yuji Nakagawara, Hisashi Sato, Yoshimi Watanabe
    • 学会等名
      The 3rd FRIMS International Symposium on Frontier Materials
    • 国際学会
  • [学会発表] 正あるいは負の体積変化を伴うマルテンサイト変態に及ぼすショットピーニングの影響2019

    • 著者名/発表者名
      冨永拓人,佐藤尚,森谷智一,渡辺義見
    • 学会等名
      日本鉄鋼協会・日本金属学会 東海支部 第29回学生による材料フォーラム
  • [学会発表] Fe-Ni-Co合金へのショットピーニングにて生じる相変態挙動2019

    • 著者名/発表者名
      冨永拓人,佐藤尚,渡辺義見
    • 学会等名
      日本鉄鋼協会 2019年(第178回秋季講演大会)
  • [学会発表] Fe-Ni合金へのショットピーニングで生じる逆変態に及ぼす投射方向の影響2019

    • 著者名/発表者名
      佐藤尚,冨永拓人,知場三周,渡辺義見
    • 学会等名
      日本鉄鋼協会 2019年(第178回秋季講演大会)
  • [学会発表] Crystallographic fiber texture formed by shot-peening and heat treatment for pure iron2019

    • 著者名/発表者名
      Hisashi Sato, Yudai Ishiguro, Satoshi Motozuka, Tadachika Chiba, Yoshimi Watanabe
    • 学会等名
      7th International Conference on Recrystallization and Grain Growth (ReX&GG 2019)
    • 国際学会
  • [産業財産権] 無方向性電磁金属板及びその製造方法2019

    • 発明者名
      佐藤尚,石黒雄大,伊藤祐哉,渡辺義見,本塚智
    • 権利者名
      名古屋工業大学
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      特願2019-198282

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公開日: 2021-01-27  

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