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Scientific Reports volume 13、記事番号: 3115 (2023) この記事を引用

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ステンレス板金の成形性に及ぼす微細構造の影響は、板材産業のエンジニアにとって大きな懸念事項です。 オーステナイト鋼の場合、その微細構造中にひずみ誘起マルテンサイト (\({\alpha }^{^{\prime}}\)-マルテンサイト) が存在すると、大幅な硬化と成形性の低下が引き起こされます。 本研究では、実験的手法と人工知能手法を使用して、さまざまなマルテンサイト強度を持つ AISI 316 鋼の成形性を評価することを目的としています。 最初のステップでは、初期厚さ 2 mm の AISI 316 グレード鋼を焼きなましし、さまざまな厚さに冷間圧延します。 続いて、金属組織検査を使用して、ひずみ誘起マルテンサイトの相対面積が測定されます。 圧延シートの成形性は、半球パンチ試験を使用して成形限界線図 (FLD) を取得して測定されます。 実験から得られたデータは、人工神経ファジー干渉システム (AFIS) のトレーニングと検証にさらに利用されました。 AFIS をトレーニングした後、ニューラル ネットワークによって予測された主要なひずみが新しいセットの実験結果と比較されます。 結果は、冷間圧延がこのタイプのステンレス鋼の成形性に悪影響を与える一方で、シートを大幅に強化することを示しています。 さらに、AFIS は実験測定と比較して満足のいく結果を示します。

板金の成形性は、何十年も研究論文の主題となってきましたが、冶金学の興味深い研究分野でもあります。 新しい技術機器と計算モデルにより、成形性に影響を与える根本的な要因を見つけることが容易になります。 最も重要なことは、近年の結晶塑性有限要素法 (CPFEM) の使用により、成形限界における微細構造の重要性が明らかになったということです。 一方、走査型電子顕微鏡 (SEM) と後方散乱電子回折 (EBSD) の利用は、研究者が変形中の結晶構造の微細構造活動を観察するのに役立ちました。 金属のさまざまな相の影響、粒子サイズと配向、および粒子レベルのミクロスケールの不完全性を理解することは、成形性を予測する上で不可欠です。

成形性は経路に大きく依存することが証明されているため、成形性の判定自体は困難な手順です1、2、3。 したがって、従来の成形限界ひずみの表現は、非比例荷重条件では信頼できない可能性があります。 一方、産業用途における荷重経路の大部分は非比例として分類されます。 この点に関して、従来の半球実験法およびマルシニアク・クチンスキー (M-K) 実験法は注意して利用する必要があります 4,5,6。 近年、破壊成形限界線図 (FFLD) という別の概念が、成形性の分野で多くの技術者の注目を集めています。 この概念では、シートの成形性は損傷モデルを使用して予測されます。 この点において、経路の独立性は解析に本質的に組み込まれており、結果は非比例実験結果とよく一致しています7、8、9。 シートメタルの成形性は、シートのいくつかのパラメータと加工履歴、さらに金属の微細構造と相に依存します10、11、12、13、14、15。

サイズ依存性は、金属に微細な形状を組み込む際の課題です。 微小変形空間では、振動および座屈特性の依存性は材料の長さスケールに強く依存することが証明されています16,17,18,19,20,21,22,23,24,25,26,27。 28、29、30。 成形性に対する粒径の影響は、産業界では長い間認識されてきました。 板金の伸縮性に及ぼす粒子サイズと厚さの影響は、yamaguchi と Mellor31 による理論分析を使用して調べられました。 彼らは、Marciniak モデルを使用して、厚さと粒子サイズの比の減少により、二軸伸張負荷条件におけるシートの伸張性が低下することを報告しました。 Wilson らによる実験結果 32 では、平均粒径 (t/d) に対する厚さの減少により、さまざまな厚さの 3 つの異なるシートメタルの二軸延伸性が低下することが確認されています。 彼らは、t/d 値が 20 未満の場合、顕著なひずみの不均一性とネッキングは主にシートの厚さの個々の粒子の影響を受けると結論付けました。 オーステナイト系ステンレス鋼 304 および 316 の粒度がバルク加工性に及ぼす影響は、Ulvan および Koursaris によって調査されました 33。 彼らは、これらの金属の成形性は粒径には影響されないが、引張特性にはわずかな変化が見られると報告しました。 具体的には、結晶粒径の増加により、これらの鋼の強度尺度が低下しました。 ニッケル金属の流動応力に対する転位密度の影響を調べると、粒子サイズに関係なく、金属の流動応力を決定するのは転位密度であることが明らかになりました 34。 粒子の相互作用と初期配向も、実験と結晶塑性シミュレーションを使用した Becker と Panchanadeeswaran によって調べられたように、アルミニウムの集合組織の進化に大きな影響を及ぼします。シミュレーション結果は実験から逸脱しており、圧延アルミニウムシートは、検出された結晶塑性シミュレーションと実験試験により異なる成形性を示しました36。異なるシートの応力-ひずみ曲線はほぼ類似していましたが、初期設定に基づいて成形性に大きな違いがあることが示されました。 Amelirad と Assempour は実験と CPFEM を利用して、オーステナイト系ステンレス鋼板金の成形限界曲線を取得しました37。彼らのシミュレーションでは、結晶粒径の増加により FLD の成形限界曲線が上方にシフトすることが明らかになりました。さらに、ボイド核形成に対する結晶粒配向と形態の影響が調べられました。同じ著者による38。