Improved fatigue strength of high-strength steels fabricated by additive manufacturing in the very high cycle regime

通过增材制造在极高循环状态下提高高强度钢的疲劳强度

• 批准号: 22H01356
• 负责人: 高橋 宏治
• 金额: $ 11.4万
• 依托单位: Yokohama National University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22H01356/
• 关键词: 3D積層造形; 高強度鋼; 超高サイクル疲労強度; ピーニング

近年、金属製品における低コスト化、軽量化、製造の時間短縮などの観点から、新たな製造方法として、3Dプリンタによる3D積層造形技術が注目されている。しかし、3D積層造形材は、その積層過程で生成される欠陥の影響を受け、従来材よりも疲労強度が低いことが知られている。特に近年では、材料の長寿命化が期待されており、 超高サイクル領域における疲労特性の重要性が増してきている。しかし、3D積層造形材の超高サイクル疲労特性は未解明である。本研究では疲労強度向上手法として、大きく深い圧縮残留応力が導入できるレーザピーニング（LP）に着目した。本年度は、3D積層造形したマルエージング鋼の回転曲げ強度特性に及ぼすLPの影響について調査し、以下の結果が得られた。(1)LP施工を行っていない平滑材に関して、回転曲げ疲労試験では2重S-N線図が確認され、10^7回付近までは表面破壊、それ以降では内部破壊となった。(2)回転曲げ疲労試験において、LP施工した試験片ではすべて内部破壊となり、LP施工を行っていない試験片と比べて、高応力側では疲労寿命が約50倍まで向上した。しかし、10^7を超える超高サイクル領域では、LP施工による顕著な疲労強度向上は見られなかった。(3)LP施工により、表面からの深さが0.23 mmの位置まで圧縮残留応力が導入されたが、それよりも深い内部では残留応力は引張となった。(4)表面近傍におけるき裂の進展が抑制されたことが高応力側での疲労強度向上の要因である。内部の引張残留応力により疲労き裂進展が促進されたことが、疲労強度が顕著には向上しなかった原因として考えられる。

In recent years, metal products have attracted much attention in terms of low cost, low quantization, short production time, new production methods, and 3D multilayer modeling technology. 3D laminated materials are affected by the formation of defects in the lamination process, and the fatigue strength of the materials is low. In particular, in recent years, the expectation of long life of materials has increased, and the importance of fatigue characteristics in the field of ultra-high temperature has increased. The ultra-high fatigue characteristics of 3D laminated molding materials have not been solved yet. In this study, the intensity of fatigue upward approach, large and deep compression residual force introduction, such as the intensity of fatigue upward approach (LP), is significant. This year, the following results were obtained from the investigation of the influence of 3D lamination on the bending strength characteristics of steel and LP. (1)LP The construction process is smooth and smooth, and the return curve is weak. The test results are confirmed by 2 layers of S-N line, 10^7 return lines, and surface damage, and internal damage. (2)The fatigue life of the test piece for LP construction is about 50 times longer than that of the test piece for LP construction. 10^7 (3)LP The residual pressure is introduced at the position of 0.23 mm deep in the surface of the construction, and the residual pressure is introduced at the position of 0.23 mm. (4)The progress of crack in the vicinity of the surface is inhibited by the increase of fatigue intensity on the high stress side. The internal tension residual force is the cause of the fatigue crack progress.