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材料開発研究室紹介(入澤毅)

卒業研究テーマと概要

・溶射皮膜を利用した鋳鉄の接合

 近年、低炭素社会の実現に向けて、溶接に伴うエネルギーをできるだけ下げる「小入熱化」が求められている。このようなニーズを満たす接合法の1つに、金属の摩擦で発生する熱エネルギーと強圧力を利用した、摩擦圧接がある。小入熱で接合部材の変形も少なく、スパッタ・ヒュームも発生しない。異種材料の接合が可能。商品の中空化が容易といったことから多くの工業製品に利用されてきた。しかし、摩擦圧接には多くの課題があり、大型装置が必要のため大径での接合が困難ということや,片状黒鉛鋳鉄の接合は難しいといわれている.その中でも今回は鋳鉄の接合に関して主に取り組むことにした、また、同じく発熱を利用した接合法である、高周波誘導加熱との比較も行った。高周波誘導加熱は、交流電流によって材料の表面付近に高密度の渦電流を発生させて、そのジュール熱で材料の表面が発熱し、接合させる方法である。本実験では、低融点材料を鋳鉄接合面に用いて、低摩擦圧力及び低アップLセット圧力での良好な接合を得ることを目的とした。さらに高周波誘導加熱を利用した直接加熱による接合との比較も行った。

・粉体プラズマ溶接による肉盛層の形成

 科学技術の発展に伴い産業機械は高速化、高効率化が進み、部材や部品の使用環境が苛烈となり、耐摩耗性、耐腐食性などの耐環境性が要求されるようになってきた。耐環境性材料としてステンレス鋼やチタン合金など、様々な金属材料が存在するが、その一つに球状炭化物材料が挙げられる。
 炭化物材料は球状黒鉛鋳鉄同様、炭化物の球状化を行うことで強度、靭性、耐摩耗性などの機械的性質の向上を図ることができ、鋳造の分野で研究が進められてきた材料である。しかし、鋳造で得られる炭化物材料は鋳型などの技術的制限を受けて、その用途が限られている。
 そこで本研究では表面被覆処理法の1つである粉体プラズマ溶接(PTA : Plasma Transfer Arc Welding)法を用いることで鋳造の技術的制限を受けない球状VC炭化物材料の製造法およびその用途拡大の可能性を明らかにすることを目的とした。

・脱炭処理による片状黒鉛鋳鉄の中空化

 脱炭した鋳鉄の表層部分の融点が内部より高いことを利用し、片状黒鉛鋳鉄、球状黒鉛鋳鉄を脱炭させ、中空鋳物の製造が可能であることを明らかにしてきた。本研究では片状黒鉛鋳鉄を取り上げ中空化の条件を明らかにすること目的として、脱炭処理したときの脱炭層の厚さと再加熱による未溶解層との関係を調べた。脱炭層の厚さと未溶解層の厚さとの関係を明らかにすることによって中空鋳物の厚さを制御することができる。

・切削加エ中に発生するAE波の測定

 近年の超音波技法の進歩に伴いAEを用いて破壊の情報を知ろうとする計測の技術が確立された。AE材料の亀裂の発生や進展などの破壊に伴って発生する弾性波(振動、音波)で、地震も地球規模のAEと考えることができる。木材が折れる時の「ポキッ」という音もAEであるが、この音が聞こえる前から超音波領域(周波数20kHz以上)でのAEが発生することが知られていた。鋼の切削加工中に発生するAEを切削状態の評価に用いられた例はあるが、鋳鉄に用いられた例は見られない。そこで本研究では、片状及び球状の黒鉛を含む鋳鉄を被削材料として、フライス盤を用いて切削し、AE波の発生と切削状態との関係を調べることを目的とした。切削中のAEと切削条件との関係が明らかになれば、AE波を連続的に測定することによって切削状況の変動を把握することができると考える.