| 研究課題/領域番号 |
25420787
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| 研究機関 | 秋田大学 |
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研究代表者 |
麻生 節夫 秋田大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (80167915)
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| 研究分担者 |
後藤 育壮 秋田大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (10632812)
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| 研究期間 (年度) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| キーワード | 複合材料 / 鋳ぐるみ / 高温耐摩耗材料 / サーメット / 溶浸 / 曲げ試験 / 部分強化 |
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| 研究実績の概要 |
平成26年度は「耐熱鋼を母材とした局部強化高温耐摩耗性複合材料の強度評価」を目的として次のことに取り組んだ．このテーマは当初平成27年度に実施予定であったが，曲げ試験用の治具を購入したことおよびサイズの大きい局部強化複合材料を作製できたことにより，強度評価用の試験片を多く作製できたため，平成26年度のテーマと順序を変えて実施した．
1.曲げ試験片の作製：平成25年度に実施した局部強化複合材料の製造において，凝固シミュレーションに基づき，強化材プリフォームの上下に段堰を設け，保温効果のある発熱材を鋳型に用いることで，プリフォームの浮上を抑え，φ40～50mm×50mmの円柱状試料の長手方向中間部に約5mm幅の強化層を形成することができた．この試料を4×4×40mmの直方体形状に加工し，4点曲げ試験に供した．
2.4点曲げ試験：4点曲げ試験は，JISR1601ファインセラミックスの強度評価法に準じて行った．4点曲げ試験は，荷重を加える上部支点間で曲げモーメントが一定となり，この部分が引張片の標点距離に相当し引張試験に準じた評価ができるのが特徴である．4点曲げ試験を行った結果，強化材が球状サーメットの場合の曲げ強さおよび破断ひずみの平均値は580MPa，1.7%で，曲げ強さは母材の70%程度であった．破断位置はほとんどが母材であったことから，強化材と母相の接合強度は母材以上であると判断された．
3.高温摩耗試験：強化層の耐高温摩耗性を評価するための試験条件の検討および予備実験を行った．試験機はピンオンディスクタイプの高温摩耗試験機で，試験片は測定回数を多くするため端部に複合化層を有するφ5mm×15mmの円柱状とし，相手材には高温での安定性を考慮しφ50mm×5mmのアルミナディスクを用いることとした．
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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
1.曲げ試験片の作製：平成25年度の研究成果に基づき，鋳物用の発熱スリーブの採用とプリフォームの組合せにより，強化層を試料の端部のみならず中間部にも形成することができた．この方法を用いることにより，長手方向中間部に約5mm幅の強化層を有するφ40～50mm×50mmの円柱状試料を作製することができた．この試料より1試料あたり4×4×40mmの直方体形状の4点曲げ試験片を最大20本程度採取することができるようになった．
2.曲げ強さの評価：科研費で購入した既存のオートグラフ用の3点および4点曲げ試験用治具により曲げ試験を実施することができた．得られた荷重－変位曲線を曲げ応力－ひずみ曲線に変換することで，強さとひずみの関係を明らかにすることができた．曲げ試験片は長手方向の中央部に存在する強化層の両側に母材が挟んだ形状で，母材部で破断するのが理想的と考えられる．本研究では，球状のサーメットを用いた試料において，ほとんどが母材破断であったため，本プロセスにおける曲げ強さは600MPaと見なされた．ただし，母材のみの曲げ強さは800MPa以上であることから，強化層近傍の母材が強化層に含まれる成分などの影響を受けた可能性がある．
3.高温摩耗試験：平成27年度に予定している局部強化複合材料の高温摩耗試験について，摩耗試験片形式の決定，試験片の準備，相手材の選定，試験条件の設定などを行って試験実施体制を作った．
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| 今後の研究の推進方策 |
平成27年度は，当初平成26年度に予定していた「耐熱鋼を母材とした局部強化高温耐摩耗性複合材料の800℃における高温摩耗および高温酸化の評価」を実施する予定である．これを達成するために以下の項目について実験を実施する．
1.試料作製：当初端部に複合化層を形成させた円柱状試験片を作製し，この試験片の複合化層を含む領域をφ30～40×10mmのディスク状に加工して高温摩耗試験に供する予定であったが，試験回数を増やし，試験条件の影響を評価するため，試験片は端部に複合化層を有するφ5mm×15mmの円柱状とし，相手材には高温での安定性を考慮しφ50mm×5mmのアルミナディスクを用いることとした．また，平成27年度に予定していた複合化層を含む材料の曲げ強さ測定については，上述のように試験片作製に目途が立ったため，平成26年度に先行して実施した．
2.強化層の評価：高温摩耗試験については，最高温度800℃まで評価できるピンオンディスク型高温すべり摩耗試験機により，複合化層の高温すべり摩耗特性を評価する予定であるが，母材に用いた耐熱鋼鋳鋼（SCH24）の耐熱温度が600℃以下であることから，当面はこの温度を目標として実験を行うこととした．相手材には高温硬さが高く，耐酸化性に優れるアルミナ製のディスクを用いる予定である．また，熱重量測定装置を用いた高温酸化実験により，1000℃までの強化層の耐酸化性を評価する．さらに，平成27年度も引き続き曲げ試験を行って，曲げ強さに対する強化材の形状やサイズの影響を調べ，局部強化複合材料の曲げ強さおよび耐摩耗性などの機械的性質を明らかにする予定である．
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| 次年度使用額が生じた理由 |
有効に使用するには金額が小さかったため，次年度に繰り越した．
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| 次年度使用額の使用計画 |
次年度予算と合算して有効使用する．
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