摩擦攪拌接合部における加工誘起相変態の統一的理解と積極的活用

搅拌摩擦焊变形诱发相变的统一认识和积极利用

基本信息

批准号：
21K14418
负责人：
山下享介
金额：
$ 2.91万
依托单位：
Osaka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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

3~10 mass%のマンガン含む中Mn鋼は、準安定なFCC構造のオーステナイト(γ)が変形中に硬質なBCCもしくはBCT構造のマルテンサイト(α’)へと加工誘起変態することで優れた強度と延性の両立を実現できる。そのため、次世代高強度鋼として期待されており、盛んに研究されている。中Mn鋼の優れた機械的特性の発現にはγの加工誘起変態挙動が重要であり、その最適化には変形に対するγの安定性を適切に制御することが要求される。しかし、実際に構造部材として使用する上では接合が要求されるが、既存の溶融溶接法ではγを微視組織中に残存させることやその安定性を制御することは困難であり、接合部の特性は劣化してしまう。摩擦攪拌接合(FSW)は摩擦や加工発熱による入熱と攪拌による塑性流動を用いて固相状態で接合させる技術である。FSWでは接合中の入熱量を接合条件(接合ツールの回転数や接合速度)により制御できることから、その接合条件を最適化することでγの安定性を制御した接合部を有する中Mn鋼継手を実現できると考えられる。本研究では、同一組成で二相域焼鈍の温度を変えることでγの安定性を変化させた中Mn鋼を対象とし、任意の接合条件でFSWを施す。そして、その接合部に形成された微視組織および機械的特性を評価することで、変態誘起塑性(TRIP)効果を積極的に活用した接合部の実現に対する基礎的な知見を得ることを目的としている。2022年度では、2021年度で得られた接合条件に関する知見を基にFSWを実施し、母材およびFSW継手攪拌部から引張試験片を採取した。得られた試験片を引張変形中その場中性子回折試験に供することで、変形に対するγの安定性や応力分配挙動、各構成相の変形中の役割について明確化することを目指した。

在变形过程中，含有3至10质量％锰的中型MN钢通过在变形过程中，将Austenite（γ）诱导到硬BCC或BCT结构Martensite（α）中，可以实现出色的强度和延展性。因此，预计将是下一代高强度钢，并且正在积极研究。 γ的加工诱导的转化行为对于开发培养基MN钢的优秀机械性能很重要，并且对此进行优化需要适当控制γ稳定性抗变形。但是，尽管实际使用作为结构构件需要键合，但现有的熔体焊接方法使得很难使γ保持在微观结构中或控制其稳定性，并且关节的特征会恶化。摩擦搅拌焊接（FSW）是一种技术，其中使用摩擦输入热量，并使用搅拌引起的热量产生和塑料流量在固相中键合。在FSW中，连接过程中的热量输入量可以通过连接条件（旋转速度和连接工具的连接速度）来控制，并且相信通过优化连接条件，可以实现具有控制γ稳定性的中型MN钢接头。在这项研究中，FSW应用于具有相同组成的中等MN钢，该钢质通过改变两相退火区域的温度来改变γ的稳定性，并且在任意键合条件下使用FSW。目的是通过评估关节形成的微观结构和机械性能来积极利用转化诱导的可塑性（TRIP）效应的关节实现基础知识。在2022年，根据2021年获得的键合条件的知识进行了FSW，并从基本材料和FSW关节搅拌器中收集了拉伸测试样品。通过在拉伸变形过程中对获得的样品进行原位中子衍射测试，我们的目的是阐明γ稳定性抗变形，应力分布行为以及在变形过程中每个组成相的作用。