金属脆化・割れ誘発を活用したテーラード分離技術の開発

开发利用金属脆化和裂纹诱导的定制分离技术

基本信息

批准号：
22H01792
负责人：
門井浩太
金额：
$ 11.4万
依托单位：
Osaka 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

项目摘要

「金属脆化・割れ発生現象の材料学的・力学的な支配要因を解明し，脆化促進・割れ誘発によるマルチマテリアル構造体のテーラード分離技術とそのシミュレーション技術を確立し，分離の科学の学理を構築する」ことを目指した検討を進めている．マルチマテリアル構造体では多種多様の金属材料が使用されるため，接合部の化学組成は多岐に渡る．本年度は，自動車等の構造体を想定し，鉄鋼材料とAl合金の異材接合部を対象とした．分離プロセスでは，異材接合部の加熱過程での脆化現象を把握する必要がある．そこで，レーザ・アークハイプリッド接合による鉄鋼材料とAl合金の異材接合部に対し，高温加熱と脆弱層生成挙動や破断強度の関係を調査した．高温保持により，保持時間とともに脆弱層の厚さは増大する．長時間保持では，Al合金側の合金成分の拡散が生じ，化学量論組成の異なる脆弱層が生成することで，接合部強度が大きく変化することを見出した．また，脆弱層が25μm付近を超えると破断強度が急激に減少した．したがって，脆弱層の優先的な成長によって，界面強度の低下を促進させることが接合部での分離に有効となることが示唆された．加えて，接合体に含有する合金元素によっては，脆弱層の安定化に寄与するものの存在，接合には有利だが，分離には不利に働く元素もあるため，接合から分離までを考慮した合金設計が必要であることが示唆された．また，高温保持過程での脆弱層の生成・成長を伴う強度変化を対象としたCAE解析モデルの検討も行い，実験結果との整合によるモデルの高度化も進めた．

目前，我们正在进行研究，目的是“了解金属互惠和破裂现象的唯物主义和机械主导因素，为多物质结构建立量身定制的分离技术，以促进临床和破裂引起破裂，并建立分离科学理论。”由于多种金属材料用于多物质结构，因此关节的化学组成差异很大。今年，我们正在考虑用于汽车和其他材料的结构，并针对由钢材材料和Al合金制成的不同材料的关节。在分离过程中，有必要掌握在不同材料的关节加热过程中发生的封闭现象。因此，我们研究了高温加热，脆弱的层形成行为与激光高粘合关节的不同接头和AL合金的断裂强度之间的关系。高温保留会随着保留时间而增加脆性层的厚度。发现在长期保留期间，由于形成具有不同化学计量组成的脆弱层，合金成分在AL合金侧的扩散导致关节强度发生了巨大变化。此外，当易碎层超过25μm左右时，断裂强度突然降低。因此，据建议，脆弱层的优先生长会促进界面强度的降低，以便在关节分离有效。此外，键合体中包含的某些合金元素有助于脆性层的稳定，尽管它们对于粘结是有利的，但某些元素对于分离是不利的，这表明合金设计考虑了从粘结到分离的所有内容。我们还研究了CAE分析模型，以在高温保留过程中与易受伤害层的形成和增长相关的强度变化，并通过与实验结果相匹配来改善模型。