成 腰 大 学 理 工 学 研 究 報 告 J,Fac,Sci.Tech.,SeikeiUniv, Vol.48No.2(2011)pp.127-130 (特 別 研 究 費 に 係 る 論 文)
ス ー パ ー メ タル の曲 げ加 工 に 関す る結 晶 方 位 デー タベ ー スの 構 築 と評 価
酒井
孝
Construction
and Evaluation
of Database
for Grained
Materials
with Bending
Takashi
SAKAI
Abstract:
The database constructed
in this study enables us to input quantitative
data related to
crystallographic orientation to elucidate the properties of change of crystallographic
orientation during
bending of fine-grained
materials. The obtained results are summarized as follows; (1) A crystal
orientation tabulation program was produced. The crystallographic orientation distribution on the ND
plane was computed quantitatively using Euler angle data acquired from SEM-EBSD analysis, so that
quantitative data can be input into a database. (2) A devised algorithm was created, which can input
combined data sets of the texture accumulation ratio and IPF figure of crystallographic orientation to three
specific orientations of [001], [101], and [111], and the quantitative data of springback. (3) To date, 75
data of about 22.3 MB, including 37 data of pure copper, 25 data of pure aluminum, and 13 data of various
steels, have been stored in the database. (4) The database proposed in this paper is useful for estimation of
springback based on the stochastic analysis with Weibull distribution.
Key Words: Database,
Bending,
Springback,
Crystallographic
Orientation,
Texture, SEM-EBSD
Analysis,
Cold Working,
Grained
Structure
(Received September 20, 2011)
1.緒 一一一一口 強 ひ ず み 加 工 を 基 と し た ス ー パ ー メ タ ル(微 細 結 晶 粒 材)の 創 製 プ ロ ジ ェ ク トが 終 了 し,次 に こ の ス ー パ ー メ タ ル を 市 場 に 普 及 さ せ る た め に,(1)ス ー一一パ ー一一メ タ ル の バ ル ク 材 を創 製 す る 研 究,(2)ス ー一一パ ー一一メ タ ル の 加 工 特 性 に つ い て 調 査 す る 研 究,(3)既 存 の ス ー パ ー メ タ ル 創 製 法 を 複 合 し て 微 細 化 工 程 の 効 率 化 を 図 る 研 究 な ど の 次 段 階 の 研 究 活 動 が 活 発 に な っ て き て い る 。 こ の う ち, (2)ス ー一一パ ー一一メ タ ル の 加 工 特 性,に つ い て 着 目す る と, 切 削 加 工 に よ りス ー パ ー メ タ ル ネ ジ や シ ャ フ トな ど を 製 作 し た 例 は 報 告 さ れ て い る も の の,塑 性 加 工 に よ る 製 品 の 製 作 例 は 全 く な い 。 こ の こ と は,ス ー パ ー メ タ ノヒ創 製 段 階 で 材 料 内 部 に 過 多 な ひ ず み が 導 入 さ れ る の で,従 来 材 料 と 集 合 組 織 分 布 等 の 微 視 的 特 性 が 異 な る た め に,高 精 度 な 塑 性 加 工 特 性 を 予 測 お よ び 制 御 す る こ と が 困 難 な こ と に 起 因 し て い る 。 こ れ ま で に 筆 者 ら は,鉄 鋼 材 料,非 鉄 金 属 の 各 種 プ レス 用金 属材 料 を 対象 と して,強 ひ ず み 加 工(主 に 強圧 延)
に よる ス ー パ ー メ タ ル の 曲 げ 特性 に つ い て調 査 した。 ま
た,SEM-EBSDやXRD解
析 に よ り,曲 げ 部 のND面 の 結 晶
方 位 解 析 を 行 い微 細 化過 程 と曲 げ応 力 に よ る結 晶方 位 の
回 転 に つ い て調 べ,ス ー パ ー メタ ル の 曲 げ加 工 で は 従 来
の 納入 材 と異 な る集 合 組 織 の 形成 過 程 を 明 らか に した。
本報 で は,こ の ス ーパ ー メ タル の 曲 げ加 工 に お け るス
プ リン グバ ック 特性 と結 晶方 位 特 性 との相 関 に つ い て デ
ー タベ ー ス を構 築 し,こ のデータベースを用いたスプ リ
ン グバ ック 特性 の 予 測 に つ い て提 案す る。 す な わ ち,曲
げ加 工 に お け る ス プ リン グバ ック 特性,ND面
曲 げ部 の結
晶 方位 特性 は と もに ば らつ き を持 つ こ とか ら,こ れ らを
適 切に 定 量 化す るた め に確 率 統計 的 手 法 を 用 い た 定 量解
析 と推 定 を 行 っ た。
2.曲
げ 加 工 に と もな う結 晶 方 位 の 変 化
sEM-EBsDに よ るND面 曲 げ 部 の 解 析 例 と し て,Fig.1 一127一[lll]
(b)
(a)
(c) [001][101]AnalyticalareaofSEM-EBSD (b)Compressionsideafter88。forNDplanewithbendilg bend血g,(EBSD-2) [001][101] (c)Tensionsideafter88。 bending,(EBSD-1)[001][101]
(a)Nonbendingarea,
as-received,(EBSD-3)
Fig.1TypicalexampleofSEM-EBSDanalysis,change ofcrystallographicorientationwithbending (pureCusinglecrystal[111],88。bending). に 純Cu単 結 晶 材(軸 方 位[lll])を[llO]方 向 に 板 厚 が50% に な る ま で 連 続 的 に 強 圧 延 し た 材 料 を,室 温 大 気 中 で 曲 げ 加 工 し た 時 の 結 晶 方 位 特 性(IPF(逆 極 点 図))を 示 す 。 図(a)の 非 曲 げ 部(EBSD-3)の 結 晶 方 位 観 察 で は 強 圧 延 の 影 響 でCoppertextureが 観 察 で き,後 述 の プ ロ グ ラ ム を 応 用 す る こ と でA[ll2]=97,0%の 集 積 と 算 出 で き た 。 こ の 材 料 を フ リー一一ベ ン ドの 状 態 で88。 ま で 曲 げ る と,曲 げ 応 力 の 影 響 で 引 張 側 表 層 部(EBSD-1)で は[ll2]か ら[203]へ の 結 晶 回 転 が 起 こ っ た 。 ま た,圧 縮 側 表 層 部(EBSD-2) で は[101]へ の 集 積 が 見 られ た 。 他 の 材 料 に 関 す る 解 析 結 果 を 含 め,ス ー パ ー メ タ ル の 曲 げ 加 工 で は,材 料 創 製 段 階 と 曲 げ 加 工 段 階 の 両 方 で 結 晶 方 位 変 化 が 起 こ り,ば ら つ き は あ る も の の そ れ ら は と も に 結 晶 格 子 型 お よ び 応 力 の 種 類 ご と に 定 め ら れ る 最 終 安 定 方 位 に 集 積 す る こ と が 明 ら か に な っ た 。3.解
析 方 法 と デ ー タ ベ ー ス の 構 築 手 順
上 記 のSEM-EBSD解 析 に よ り得 ら れ た オ イ ラ ー一一角 の 数 値 デ ー タ を,自 作 し た 結 晶 方 位 集 計 プ ロ グ ラ ム を 用 い て ND面 の 結 晶 方 位 分 布 を 定 量 的 に 算 出 し た 。こ の プ ロ グ ラ ム の ユ ー ザ イ ン タ ー一一フ ェ イ ス をFig.2に 示 す 。 こ の 特 長 と し て,視 覚 的 に わ か りや す くIPFを 表 示 す る と と も に, !憂 脅、= 歪∵ ・・琵'・・ 魯 .二 淑,近 控 翻.・。罐:織
♂ダ ・」`亀 ら・ ♪ .4剛:ぺ 彊 .{.5s-.二 ・二=一.一'x)亀 〔111唱 〕 有 ¶:η 布:itII`i・ ヒ ・・.・Fi9.2Userinterfaceofproposedanalytical
software(calculationofdistributionof
crystallographicorientation,andlargeand
smallangleboundaries).
["隷
[001][101 (a)IPF㎞ageobtained fromSEM-EBSD[lll]
A[lll] A[001] 一 A[ 1iill
1 ミ彊 A[101] [001][101] (b)Division㎞ageofIPFand definitionoftextureFi9.3DivisionimageofIPFobtainedfromSEM-EBSD
analysis,anddefinitionoftexturefor
typicaldirectionof[111],[001]and[101].
右 下 の ウ ィ ン ドウ にND面 の 結 晶 方 位 の 集 積 割 合 が 表 示 で き る 。 ま た,隣 接 す る 各 測 定 点 か ら 結 晶 方 位 の 角 度 差 を 求 め,θ ≧10。 を 大 角 粒 界,θ<10。 を 小 角 粒 界 と 定 義 し て 定 量 的 に 表 示 で き る よ うに し た 。 一 般 に,大 角 粒 界 が 減 少 し て 小 角 粒 界 が 増 加 す る こ と は,強 ひ ず み 加 工 や 後 の 二 次 加 工 に よ る応 力 の 影 響 で 動 的 再 結 晶 が 起 こ り, 再 結 晶 粒 が 形 成 され た こ と を 意 味 す る 。 IPFの 分 割 に 関 し て,Fig.3(b)に 示 す よ うに 半 径 方 向, θ方 向 を そ れ ぞ れ10分 割,合 計55の エ リ ア に 分 割 し た 。 そ の う え で,各 頂 点 の[lll],[001],[101]に 接 近 した10エ リ ア 分 を そ れ ぞ れA[lll],A[ool],A[lol]と し て 各 方 位 へ の集 積 割 合 と し て 百 分 率 で 表 示 した 。将 来 的 に こ の ア ル ゴ リズ ム を 変 更 す る こ とで,集 合 組 織 の 高 精 度 な 表 示 に 対 応 す る 細 分 化 が で き る 。デ ー タ ベ ー ス に は これ ら3方 位 へ の 結 晶 方 位 の 集 積 割 合 と,曲 げ 加 工 に お け る ス プ リ ン グバ ッ ク 量 一128一の 定 量 デ ー タ を組 み 合 わ せ た デ ー タ 対 を 入 力 し蓄 積 した 。 現 時 点 ま で に,デ ー一一タ ベ ー一一ス に75件 の 結 晶 方 位 デ ー一一タ と ス プ リ ン グ バ ッ ク デ ー タ の デ ー タ 対 を 入 力 した 。
