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

使用拉丝技术制造最小的超细线：计算力学方法

基本信息

批准号：
21K03759
负责人：
齋藤賢一
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Kansai University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

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。

在本研究中，我们将利用计算力学模拟来探索棒材和线材拉丝的加工原理，并构建一种在纳米水平上检查材料结构和性能变化的方法。我们还将演示该方法对特定材料的适用性，并旨在将来将其应用于细线状材料的生产。延续第一年，第二年我们主要做了以下几项工作。（1）检验通过原子水平拉拔制造纳米尺寸线材的可能性：除了构建纯铁（α-Fe）线材拉拔和加工分析的分子动力学（MD）分析模型外。我们研究了纯镁 (Mg) 或镁合金丝（被称为难加工材料）纳米尺寸拉丝的可能性，以及由此产生的微观结构的发展。我们创建了纯镁单晶的 MD 模型，并通过使其通过锥形模具来模拟塑性变形。拉丝方向相对于六方密排结构的c轴方向在0°至90°之间变化，定量评价孪晶或位错的发生和传播对拉丝方向的依赖性。当与基于其他研究人员进行的实验的与我们的拉丝模型相同尺寸的试件的单轴拉伸试验结果进行比较时，我们发现当拉丝方向和c轴定向为发现拉丝很容易。 (2)超细不锈钢丝的计算再现性研究：对连续道次中的超细不锈钢丝进行有限元法(FEM)分析，以评估道次过程中的塑性应变和残余应力。特别是，在本项中，我们通过设置材料模型来表达每道次中线材表层上出现的硬化区域的进展，并观察顺序提供硬化层时塑性应变的叠加。虽然各硬化层之间以及与未硬化层的界面处的应变急剧增加/减少，但存在应变从硬化层向内层增加的趋势。我们现在准备引入晶体塑性 FEM 分析 (CPFEM) 和 MD，其中将明确包括硬化的物理机制。