Mamoru Tohyama

In Situ X-Ray Diffraction Study of Phase Transformation of Steel in Scuffing Process

Abstract We developed a novel in situ observation method associated with synchrotron radiation X-ray diffraction (XRD) that enables us to simultaneously monitor structural changes of materials, images at frictional interfaces, friction force and temperature with a time resolution on the order of tens of milliseconds. The in situ method was applied to study scuffing process of martensitic steel under a dry condition. The result shows that during scuffing, martensite to austenite phase transformation occurred with plastic flow. The generated austenite phase disappeared when the shear test was stopped. The austenite was present at a surface temperature lower than the nominal austenitisation temperature. After intermittent occurrences of the austenitisation with local plastic flow, the scuffing feature showed a larger amount of austenite, higher friction and greater plastic flow. The XRD spectra suggest that some metallurgical properties of the near-surface material of the steel may change at the scuffing-mode transition.

Mechanism of ultra low friction of multilayer graphene studied by coarse-grained molecular simulation

Coarse-grained Metropolis Monte Carlo Brownian Dynamics simulations are used to clarify the ultralow friction mechanism of a transfer film of multilayered graphene sheets. Each circular graphene sheet consists of 400 to 1,000,000 atoms confined between the upper and lower sliders and are allowed to move in 3 translational and 1 rotational directions due to thermal motion at 300 K. The sheet-sheet interaction energy is calculated by the sum of the pair potential of the sp2 carbons. The sliding simulations are done by moving the upper slider at a constant velocity. In the monolayer case, the friction force shows a stick-slip like curve and the average of the force is high. In the multilayer case, the friction force does not show any oscillation and the average of the force is very low. This is because the entire transfer film has an internal degree of freedom in the multilayer case and the lowest sheet of the layer is able to follow the equipotential surface of the lower slider.

Combined Effect of DLC-Si Coating and Polymer-containing Oilon Lubrication Performance in Cold Forming of Steel

スに導入したが,本実験では金型が室温で材料の温度低下 が速く,成形後の強度を上げる効果は明確に現れなかった. しかし,プレス初期の金型温度を樹脂溶融温度に近づけて, プレス後 20s 程度で樹脂の固化温度まで下げる温度制御を 行った場合には,荷重保持が強度向上をもたらすことを他 の実験結果で得ており 10),11),適切な金型温度制御を行えば, 荷重保持制御が効果を生み出し,今回得られた強度よりも 高い強度を得ることができると考えている.プレス成形に おける荷重保持時間が 20s 程度かかっても,材料の供給と 搬出の時間を合わせた成形サイクルを 1 分以内にすること は可能であると考える. 5. 2 接合 熱可塑性 CFRP のプレス成形後,局部的に加熱して樹脂 を溶融させ,接合させることは,その部分を金型内で加熱 溶融させ,その後冷却しながら加圧することを意味してお り,冷却過程における加圧条件をプレス成形時の条件と同 じにすれば,プレス成形後の強度と同様なものを得ること ができると考えられる. 5. 3 衝撃吸収特性 落錘衝撃試験において,一定荷重を保持しながら,先端 部から徐々に崩壊しており,良好な衝撃吸収性能を示して いる.厚さ 1mm シート 3 層で作成したビームでは圧潰荷 重が約 100kN で,荷重をビーム断面積で割った圧潰応力は 約 50MPa である.590MPa 級の高張力鋼板のハット形部材 の圧潰応力は 120MPa 程度であり 12),これと比較すると, 鋼材の 2.5 倍の厚さで熱可塑性 CFRP のビームを作成すれ ば同じ圧潰荷重となり,CFRP の比重が 1.5 であることから, ビームの質量は 2 分の 1 となる.また鋼材の圧潰では,潰 された鋼材が残り,圧潰ストロークが限られるのに対し, CFRP では,ビームの全長を活用することができる. 6. 結 言 熱可塑性 CFRP 成形品の生産プロセスの一例として,フ ロントサイドメンバをモデルとした成形品のプレス成形を 行い,成形後の強度を調べるとともに,プレスを活用して 閉断面ビームを作成し,落錘衝撃試験を行って,衝撃吸収 特性を評価した.これら一連の過程で考慮すべき問題を取 り上げ,一定の改善策について考察した.熱可塑性 CFRP は加熱と加圧・冷却によって,変形加工や接合を行うこと ができ,生産サイクルも短時間で行えるので,軽量高強度 部材の将来の量産プロセスとして期待されるものであり, 今後のさらなる知見の集積や取組みが重要である. 本研究は,平成 24 年度~27 年度国立研究開発法人科学 技術振興機構 研究成果支援最適展開プログラム(課題番 号 AS2415033K)として進めたものである. 本研究に協力した金沢大学院生の日根野翔治君,木村理 紀君および塩崎佳祐君に感謝する.