2018 Fiscal Year Annual Research Report
Construction of fatigue design policy based on quantitative analysis of small defects for selective laser melting
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16K06808
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| Research Institution | Osaka Research Institute of Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
平田 智丈 地方独立行政法人大阪産業技術研究所, 和泉センター, 主任研究員 (20359433)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
中本 貴之 地方独立行政法人大阪産業技術研究所, その他部局等, 主任研究員 (40393300)
木村 貴広 地方独立行政法人大阪産業技術研究所, その他部局等, 主任研究員 (50712907)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 積層造形（AM） / 金属疲労 / 熱間等方加圧処理（HIP） / 空隙 / レーザ / アルミニウム |
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| Outline of Annual Research Achievements |
最終年度は、HIP処理したアルミニウム合金の積層造形体における機械的性質に関する追加調査と、空隙量の異なる積層造形体の疲労特性に関する定量的な評価を試みた。
HIP処理材の調査においては、HIP処理を施すと造形体の伸びが大幅に向上することは既に確認していたが、今年度新たに実施した評価により、伸びにはHIP処理前の空隙量が大きく影響し、空隙の多い造形体では、HIP処理しても著しく低い伸びを示すことがわかった。すなわち、アルミニウム合金の積層造形体においては、HIP処理が内部の空隙の消失には必ずしも効果的でないという新たな知見が得られた。
一方、空隙量の異なる、すなわち相対密度の異なる造形体の疲労特性を評価したところ、空隙量が増加するに伴い疲労強度が著しく低下する傾向が認められた。また、空隙量が比較的少ない状態の造形体では、わずかな空隙量の違いにより著しく疲労強度が変化することがわかった。しかしながら、空隙を極力抑制すれば、造形体と同程度の引張強度を有する展伸材に近い特性を示すこともわかった。この要因を検証するために、疲労試験後の破断面観察とX線CTによる造形体内部の空隙の解析を行ったところ、すべての造形体において内部の空隙が疲労き裂の起点になっていることがわかり、さらに造形体内の空隙量や空隙サイズと疲労強度には相関性が認められた。
以上のように、本研究ではアルミニウム合金の造形体において、疲労特性と内部の空隙との相関性を定量的に整理し、疲労強度に及ぼす空隙の影響を明確にすることができた。積層造形では、造形後処理によって空隙を無害化することは困難であるため、造形技術を高度化させ、出来る限り空隙のない造形体を作製することが重要であることがわかった。それにより、仮に内部に空隙がわずかに存在していたとしても、展伸材に近い疲労特性が期待でき、積層造形技術がより広く普及していくものと思われる。
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