不錆高強度の鋼炭化物適用のマイクロファブリケーションの萌芽研究

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15656033
• Research Institution: Ibaraki University
• Principal Investigator: 江田 弘 茨城大学, 工学部, 教授 (60007995)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 清水 淳 茨城大学, 工学部, 講師 (40292479) ; 周 立波 茨城大学, 工学部, 助教授 (90235705) ; 谷山 久法 茨城工業高等専門学校, 機械工学科, 教授 (80110211)
• Keywords: 炭素鋼 / セメンタイト / 引っかき / 電子顕微鏡 / 塑性変形 / き裂

Research Abstract

本研究は、不錆高強度の鋼炭化物であるセメンタイトを利用し、マイクロ機械要素等を製作する際に必要となる加工の基礎データを収集すること、および実際に微小なセメンタイトを鋼から抽出・結合し、マイクロ部品としての利用の可能性を見極めることを目的とする。
平成15年度は、鋼をマイクロ機械加工するときの加工性の検討として、電子顕微鏡内マイクロ引っかき実験を行ない、加工精度に及ぼす鋼の不均質性(組織の違い)を調べた。また、セメンタイトの機械的性質に注目し、パーライト内のセメンタイトをマイクロ機械加工するための加工条件、および各条件に対するセメンタイトの変形挙動を調べた。得られた成果を以下に示す。
1 同一押込荷重条件下でのパーライト上の引っかき力,引っかき圧力および引っかき溝の幅はフェライト上のものよりも大きくなる傾向にあることを明らかにした。
2 フェライトとパーライト、さらにはパーライト中のフェライトとセメンタイトの変形挙動は大きく異なるため、マイクロ加工の品質に大きな影響を及ぼすことを明らかにした。
3 パーライト上の微小引っかきでは、それに含まれる層状セメンタイトの層間をα-フェライトが塑性流動し、その部分に塑性変形は集中するめ、塑性盛上りの断面積は引っかき痕の断面積の1.5倍程度にも及ぶことを明らかにした。
4 層状セメンタイトの微小引っかき実験により、セメンタイトの変形形態を、(1)弾性変形、(2)塑性変形、(3)き裂破壊、(4)き裂・分離破壊、の4形態に分類した。
5 引っかき痕と加工抵抗の測定結果をもとに、上記4つの変形形態における層状セメンタイトの加工エネルギー密度を定量的に明らかにした。

Research Products

• [Publications] J.Shimizu, H.Tanaka, L.Zhou, H.Eda: "Molecular Dynamics Analysis of Ultra High-Acceleration and Vibration Cutting"Key Engineering Materials. 257-258. 21-26 (2004)
• [Publications] L.Zhou, J.Shimizu, H.Eda: "Axisymmetric Aspherical-form Generation for Large Diameter Optical Components"Key Engineering Materials. 257-258. 101-106 (2004)
• [Publications] H.Eda, T.Ishikawa, Y.Tomita, Y.Yamamoto, L.Zhou, T.Kawakami, J.Shimizu: "Development of Biological-Micro-Manipulation System in Scanning Electron Microscope"Proc.of 2003 Int.Symposium on Micromechatronics and Human Science. 211-214 (2003)
• [Publications] T.Ishikawa, H.Eda, Y.Yamamoto, T.Kawakami, L.Zhou, J.Shimizu: "Manipulation of the Universal Rotational Mechanism for Biological Application"Proc.of 2003 Int.Symposium on Micromechatronics and Human Science. 309-315 (2003)
• [Publications] 清水 淳, 江田 弘, 周 立波: "すべり摩擦・摩耗機構の分子動力学解析-ゼロ摩耗-摩耗遷移領域の挙動-"トライボロジスト. 48・9. 741-751 (2003)
• [Publications] 谷山久法, 江田 弘, 清水 淳, 周 立波, 中沢由加里: "金属粒子適用マイクロファブリケーションの基礎的研究-第1報:鋼の微小引っかきに及ぼす第2相合金の影響-"砥粒加工学会誌. 48・9. 263-268 (2003)
• [Publications] 佐川克雄, 江田 弘, 周 立波, 清水 淳, 白石昌武: "φ300シリコンウエハ超精密研削加工シミュレーション"砥粒加工学会誌. 47・8. 440-445 (2003)
• [Publications] J.Shimizu, H.Tanaka, L.Zhou, H.Eda: "Molecular Dynamics Simulation of Material Removal Mechanism beyond Propagation Speed of Plastic Wave"Proc.of int.Conf.on Leading Edge Manufacturing in 21st Century. 309-315 (2003)
• [Publications] L.Zhou, S.Kawai, S.Kimura, J.Shimizu, H.Eda: "Development of Chemo-Mechanical Grinding (CMG) Process"Proc.of Int.Conf.on Leading Edge Manufacturing in 21st Century. 47・8. 440-445 (2003)
• [Publications] H.Huang, L.Ying, L.Zhou: "High Speed Grinding of Silicon Nitride with Resin Bond Diamond Wheels"Journal of Materials Processing Technology. 141・3. 329-336 (2003)
• [Publications] L.Zhou, K.Shinohara, J.Shimizu, H.Eda: "Material Removal Mechanism Beyond Plastic Wave Propagation Rate"Precision Engineering. 27・2. 109-116 (2003)
• [Publications] L.Zhou, J.Shimizu, A.Muroya, H.Eda: "Three Dimensional Kinematical Analyses for Surface Grinding of Large Scale Substrate"Precision Engineering. 27・2. 175-184 (2003)