表層ナノ結晶材料作製における定量的評価方法の確立

【研究目的】近年、構造用金属材料の更なる高強度化を目的として、材料表層の結晶粒を100nm以下にナノ結晶化させる表層強加工の研究が進められている。特殊な装置を必要とせず簡易な手法として、ハンドグラインダーにより鋼線を束ねたワイヤブラシを高速で回転させ、材料表面に押し当て表層強加工を行う方法が提案されている。しかし、ハンドグラインダーは手動で操作するため、荷重や送り速度が不明である。そこで本研究では、ワイヤブラッシングによる表層強加工の計装化を行い、表層強加工材の組織と機械的特性について検討を行った。【研究方法】ワイヤブラッシングの計装化のために、フライス盤を改良しワイヤブラッシング装置の開発を行った。フライス盤の主軸にカップ型ワイヤブラシを取り付け、テーブルにロードセル、試料の順に冶具で固定した。そして、回転したワイヤブラシを試料に押し当て、テーブルを移動させることで表層強加工を行った。試料に作用する荷重はロードセルにより測定し、その信号を動ひずみ計により拡大しノートパソコンで記録した。このワイヤブラッシング装置により、数段階の送り速度および回転数において、荷重を制御したワイヤブラッシングが可能となった。次に、これまでにワイヤブラッシングが行われていないAZ31(Mg合金)を用いて、押付荷重1kgfおよび3kgfで回転数2120rpm、送り速度248mm/minの条件において1往復させた試料の組織観察(OM、SEM、TEM)、マイクロビッカース硬度試験、引張試験を行った。【研究成果】組織観察の結果、押付荷重によらず表層強加工を施した試料は表層から約5μmまで結晶粒がナノ化したことを確認した。硬度試験においては、非加工材(平均84Hv)に対し、表層強加工材は硬度の上昇(1kgf:平均110Hv、3kgf:平均103Hv)が確認された。さらに、表層強加工材は引張降伏応力および最大引張応力の上昇がみられた。以上のように、ワイヤブラッシング装置を開発し、その組織と機械的性質の相関を得た。

【研究目的】近年、構造用金属材料の更なる高強度化を目的として、材料表層の結晶粒を100nm以下にナノ結晶化させる表層強加工の研究が進められている。特殊な装置を必要とせず簡易な手法として、ハンドグラインダーにより鋼線を束ねたワイヤブラシを高速で回転させ、材料表面に押し当て表層強加工を行う方法が提案されている。しかし、ハンドグラインダーは手動で操作するため、荷重や送り速度が不明である。そこで本研究では、ワイヤブラッシングによる表層強加工の計装化を行い、表層強加工材の組織と機械的特性について検討を行った。【研究方法】ワイヤブラッシングの計装化のために、フライス盤を改良しワイヤブラッシング装置の開発を行った。フライス盤の主軸にカップ型ワイヤブラシを取り付け、テーブルにロードセル、試料の順に冶具で固定した。そして、回転したワイヤブラシを試料に押し当て、テーブルを移動させることで表層強加工を行った。試料に作用する荷重はロードセルにより測定し、その信号を動ひずみ計により拡大しノートパソコンで記録した。このワイヤブラッシング装置により、数段階の送り速度および回転数において、荷重を制御したワイヤブラッシングが可能となった。次に、これまでにワイヤブラッシングが行われていないAZ31(Mg合金)を用いて、押付荷重1kgfおよび3kgfで回転数2120rpm、送り速度248mm/minの条件において1往復させた試料の組織観察(OM、SEM、TEM)、マイクロビッカース硬度試験、引張試験を行った。【研究成果】組織観察の結果、押付荷重によらず表層強加工を施した試料は表層から約5μmまで結晶粒がナノ化したことを確認した。硬度試験においては、非加工材(平均84Hv)に対し、表層強加工材は硬度の上昇(1kgf:平均110Hv、3kgf:平均103Hv)が確認された。さらに、表層強加工材は引張降伏応力および最大引張応力の上昇がみられた。以上のように、ワイヤブラッシング装置を開発し、その組織と機械的性質の相関を得た。