2014 Fiscal Year Annual Research Report
結晶塑性解析による金属板の高精度な加工硬化特性予測とそのプレス成形解析への応用
| Project/Area Number |
26289271
|
|---|
| Research Institution | Kyoto University |
|---|
Principal Investigator |
浜 孝之 京都大学, エネルギー科学研究科, 准教授 (10386633)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
宅田 裕彦 京都大学, エネルギー科学研究科, 教授 (20135528)
高村 正人 独立行政法人理化学研究所, その他部局等, 研究員 (00525595)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
|
| Keywords | 結晶塑性有限要素法 / 加工硬化特性 / プレス加工 / 環境調和型加工 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
本年度得られた成果を以下に箇条書きで示す．
①高精度かつ多様な実験データの測定を行うため，実験環境の整備を進めた．まずひずみ分布可視化システムを導入することで，2次元的なひずみ分布を幅広いレンジで測定することが可能となった．また，面内圧縮試験用装置に取り付け可能なひずみゲージ式伸び計を導入した．これにより，これまで以上に幅広い条件での圧縮変形を伴う試験が可能となった．以上の新たに導入した装置と筆者らが既に所有する実験装置群と組み合わせることで，多用な加工硬化特性の高精度な測定を実現した．
②プレス成形で用いられる鉄鋼材料（体心立方金属）を対象として，その変形特性を高精度に予測するための結晶塑性解析手法を検討した．具体的には，フェライト系単結晶において種々の方位へせん断変形を与えた際の変形挙動を結晶塑性有限要素法により解析した．その結果，いずれの方位においても応力-ひずみ曲線や結晶方位の回転角を良好に予測することができた．また，各すべり系の加工硬化発展を現象論的な手法でモデル化した場合と転位密度に基づいてモデル化した場合の2通りで解析を行ったところ，結果には大きな違いは見られないことが明らかとなった．ただし，転位密度に基づくモデルでは現象論モデルに比べて事前に同定すべき材料パラメータが多いため，実用的には現象論モデルが適切である可能性が示唆された．
③体心立方金属の結晶塑性解析において，潜在硬化モデルの精度向上について検討した．まず，基準とする潜在硬化モデルにはMadecらの提案したモデルを用いた．上記②の解析結果から得られた活動すべり系に関する情報から，実験と解析で応力-ひずみ曲線がより高精度に一致するように潜在硬化パラメータを調整する手法を提案した．その結果，これまでに未同定のパラメータ11個のうち，2つのパラメータを新たに同定することに成功した．
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
研究実施計画に挙げた，①実験環境の整備，②体心立方金属あるいは面心立方金属の結晶塑性解析において，単結晶レベルの変形特性を高精度に予測するための方策に関する検討，という両項目を順調に遂行することができた．以上の結果を総合的に鑑みて，【おおむね順調に進展している】と判定した．
|
| Strategy for Future Research Activity |
これまでの研究が順調に進展していることから，平成27年度も当初の予定通りに研究を推進する所存である．具体的には，結晶塑性解析による金属材料の加工硬化特性評価を実用的に行うことを目指して，面心立方金属あるいは体心立方金属の結晶塑性解析におけるパラメータ同定法について検討する．これまで筆者らが対象としてきた最密六方金属（マグネシウム合金圧延板）では，すべり系あるいは双晶系によって臨界分解せん断応力や加工硬化が大きく異なるため，パラメータ同定が非常に困難であった．一方面心立方金属および体心立方金属では，元々活動しうるすべり系の種類が最密六方金属に比べて少ない．そのため，通常の多結晶材料を用いた試験の組み合わせで十分同定できる可能性がある．
以上の観点から平成27年度は，以下の項目を実施する予定である．
①対象とする面心立方金属あるいは体心立方金属を選定後，平成26年度までに整備した各種実験装置を用いて基準となる種々の実験データを取得する．
②対象とする金属材料において，どのような実験データの組み合わせがパラメータを同定する上で適切か検討する．このとき鉄鋼材料（体心立方金属）については，平成26年度の研究において単結晶材を用いたパラメータ同定および潜在硬化モデルの検討を既に行っている．そこで鉄鋼材料を対象とする場合は，多結晶材の実験から同定されるパラメータと単結晶材から同定されたパラメータの相関を調査することで，単結晶材で得られた知見を有効活用した実用的なパラメータ同定手法を検討する．またその他，これまでに得られているマグネシウム合金圧延板に関する知見が他の最密六方金属にも適用可能かを調査するため，初期集合組織の異なるマグネシウム合金や純チタンなどを対象とした実験および解析を行うことも検討している．
|
| Causes of Carryover |
実験用消耗品（供試材）を購入しようとしたところ，残額（23,620円）では今後必要となる量全てを賄うには不足していた．購入を分割するとロットが変わるため一貫した研究の遂行が難しい．そこで研究の作業手順を見直して別項目を優先させて進めることで，上記消耗品は新年度の助成金と合算の上購入することにした．なお，購入時期の変更による研究の進捗への影響はほとんどないことを付記する．
|
| Expenditure Plan for Carryover Budget |
平成27年度は，試験片の熱処理で用いる小型電気炉を整備する．その他，結晶塑性解析で用いる計算機（パソコン）とそれに伴う各種ソフトウェア，また実験研究で使用する供試材，試験片加工，ひずみゲージ，組織観察で用いる薬品などの消耗品を予算に計上している．出張旅費としては，EBSDによる組織観察を行うための大阪産業技術研究所への出張旅費，研究分担者の高村正人氏と打ち合わせするため理化学研究所への出張旅費，また，２回の国内会議，１回の国際会議に参加すると試算して参加旅費を計上している．
|
