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摩擦撹拌プロセス(FSP)を応用した銅の機械的強化法開発と耐照射性評価

Applicability study of Friction-Stir Process on Cu and its irradiation resistivity

濱口 大; 谷川 博康; 小沢 和巳; 藤井 英俊*; 森貞 好昭*

Hamaguchi, Dai; Tanigawa, Hiroyasu; Ozawa, Kazumi; Fujii, Hidetoshi*; Morisada, Yoshiaki*

純銅の機械的強化とクロムジルコニウム銅の組織改質および耐照射性向上を目的とした摩擦撹拌プロセスの工程最適条件策定のための試験を行った。試験にはOFC銅を用い、回転速度(入熱量)を50$$sim$$500RPMに変化させ回転速度の影響を調査した。その結果、回転数100および200RPMで最も粒の微細化が促進されることが明らかとなった他、硬さも最大で母相の約1.5倍まで上昇することが確認された。その一方で、今回の試験条件では、貫入深さ方向の硬さ減少が急激であり、また、ピンの長さに対して撹拌部が比較的浅いといった課題点も明らかとなった。この原因として考えられるのは、銅の熱伝導率の良さに起因するアニーリング効果と考えられ、この対処法として、プロセス中に強制冷却を行う方法(液体CO$$_{2}$$冷却法)が妥当であると考えられる。プロセス中の強制冷却は、撹拌部以外の温度上昇を抑え、早い冷却速度が要求されるクロムジルコニウム銅への適用に最適と考えられることより、今後液体CO$$_{2}$$冷却法の適用とその最適条件策定を検討中である。

Friction-Stir Process were applied to OFCCu in order to evaluate the applicability of the process to mechanically strengthening pure-Cu and possible structural improvement on CuCrZr alloy. In this study, the tool rotational speed was varied from 50 to 500 rpm in order to clarify the effect of rotational speed on the process. The result showed the achievement of very fine grain structure at the rotational speed of 100 and 200 rpm and also the hardness increase to about 1.5 time higher within the stir-zone than that of the base metal at the most. However, the result also revealed that the rapid decrease of the hardness toward a depth direction and relatively shallow stir-zone depth compared to a length of the pin. This can be explained as post-annealing effect due to a good thermal conductivity of a pure-Cu. To avoid the effect, we are considering to introduce compulsory cooling system during the process, which application is more important to a CuCrZr alloy because more rapid cooling and lower thermal diffusion to base metal are required.

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