The Smallest Fabrication of Ultra Fine Wires by using Wiredrawing Technique: Computational Mechanics Approach

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本研究では、棒・線（ワイヤ）に対する伸線加工について、計算力学シミュレーションを用いて、加工原理の追求、およびナノレベルの材料の構造・特性の変化を調べる方法論の構築を行う。具体的な材料での適用可能性も示し、今後の微細なワイヤ形状材料の製造への応用を目指す。第1度目に引き続き、第2年度目は、主に以下の各内容を遂行した。(1)原子レベル解析によるナノサイズワイヤの伸線製造可能性の検討：当初の純鉄（α-Fe）ワイヤの伸線加工の分子動力学（MD）解析モデルの構築と加工解析に加えて、難加工材として知られる純マグネシウム（Mg）またはMg合金ワイヤに対するナノサイズで伸線加工の可能性と得られる微細組織の発展を検討した。純Mgの単結晶のMDモデルを作成し、円錐型ダイスの中を通して塑性変形させるシミュレーションを行った。伸線方向を六方最密構造のc軸方向に対して、0°～90°に変化させ、双晶または転位の発生と進展の伸線方向への依存性を定量的に評価した。他研究者の実験による、われわれの伸線モデルと同サイズの試験片の単軸引張試験結果と比較したところ、伸線方向とc軸が45°の方位差となる場合に最も塑性変形を促し、伸線しやすいことがわかった。(2) 超微細ステンレスワイヤの計算再現性に関する検討：超微細ステンレスワイヤに関して、連続パスでの有限要素法（FEM）解析を行い、パス進行に伴う塑性ひずみおよび残留応力を評価した。今期はとくに、各パスで線材表層に生じる硬化領域の進展を材質モデルの設定により表現し、硬化層を順次設けたときの塑性ひずみの重畳の様子を観察した。各硬化層間、未硬化層との界面でひずみの急峻な増減は出るものの、硬化層を超えて内層にひずみが増加する傾向が得られた。今後予定している、硬化の物理的メカニズムを陽的に含められる結晶塑性FEM解析（CPFEM）やMDの導入の準備が整った。