有限要素法シミュレーションによる鍛造製品の材質予測と制御

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18-8オーステナイト系ステンレス鋼は、オーステナイト相とマルテンサイト相の2相で構成される。そこで本研究では、オーステナイトの変形抵抗σ^^-_Aとマルテンサイトの変形抵抗σ^^-_Mの間に線形の複合則が成り立つものとして、すなわちステンレス鋼の変形抵抗σ^^-がσ^^-=σ^^-_A(1-M)+σ^^-_M・Mなる形で表されるものとして変形抵抗構成式の作成を試みた。ここで、Mはマルテンサイトの変態率(0≦M≦1)である。最初に、マルテンサイト変態率と塑性ひずみおよび加工温度との関係を明らかにするために、恒温単純圧縮試験を種々の加工温度のもとで実施した。その結果、塑性ひずみε^^-の増加に伴うマルテンサイト変態率Mの増加傾向は加工温度に関係なくほぼ同様で、マルテンサイト変態率Mが0.5となるときのひずみε^^-_Cをもちいて、M={1+(ε^^-/ε^^-_C)^<-2.77>}^<-1>の形に整理できることが分かった。 次に18-8オーステナイト系ステンレス鋼がマルテンサイト変態を生じなくなる100℃の温度で任意のひずみまで圧縮し、その後加工温度を種々変えて圧縮試験を実施する方法を用いて、加工温度の影響を考慮したオーステナイトの変形抵抗式を作成した。これらの結果を用いてマルテンサイトの変形抵抗を求めた。マルテンサイトの変形抵抗は加工温度に関係なく塑性ひずみに対して一本の曲線で表すことができることが分かった。最終的に、18-8オーステナイト系ステンレス鋼の変形抵抗構成式として次式を得た。σ^^-={(26.8-0.171・T+5.45×10^<-4>・T^2)+105.2ε^^-┣D10.635}・(1-M)+(164.6ε┣D4-┫D4┣D10.201┫D1)・M本式を今回開発した加工温度の変形への影響を考慮することを可能にした有限要素シミュレータに組み込み、円柱状素材を拘束圧縮した場合の変形状態の解析を実施した。解析より求めた硬さ分布は実験より求めた硬さ分布に比較的よく一致しており、本式を実加工の変形解析に適用することは十分可能であることが明らかになった。