TMS 2023 152nd Annual Meeting & Exhibition
大阪大学 接合科学研究所
助教 山本 啓（2022 年度 国際会議等参加助成（若手研究者枠） AF-2022040-Y1）
キーワード：TMS，San Diego，摩擦攪拌接合，摩擦攪拌プロセス，ツール摩耗，超硬合金，低炭素鋼，固溶か国から 4,000 人を超える技術者･科学者が集まり，学際

１．開催日
2023 年 3 月 19～23 日的な交流が行われる．本会議における講演は，以下の 15のテクニカルトラックに大別される．

２．開催場所アメリカ合衆国 カリフォルニア州 サンディエゴ，San
Diego Convention Center / Hilton San Diego Bayfront

・Additive Technologies
・Materials Processing
・Mechanics & Structural Reliability
・Nuclear Materials
・Physical Metallurgy
・Light Metals
・Characterization
・Nanostructured Materials
・Advanced Materials
・Electronic Materials
・Energy & Environment
・Biomaterials
・Materials Design
・Corrosion
・Special Topics

図１

会場の San Diego Convention Center の入口．

各テクニカルトラックは，2～14 のシンポジウムで構成され(合計 119)，その多くが同時進行で 4 日間開催された．
それとともに，基調講演，ポスターセッション，授賞式，企業による展示会，ネットワーキングイベント，学生及び若手技術者･研究者イベント，ワークショップなども行われた．
著者は，TMS Annual Meeting & Exhibition に，2017年と 2019 年の過去 2 回参加しており，今回が 4 年ぶり 3回目の参加となった．上記のテクニカルトラックのうち，「Materials Processing」内で企画されたシンポジウム「Friction Stir Welding and Processing XII」にて講演を行った．当該シンポジウムでは，摩擦攪拌接合(Frictionstir welding: FSW)/プロセス(Friction stir processing:FSP)及びその派生技術や，関連する評価･検査技術について，以下の 8 セッションが行われた．

図２San Diego Trolley．市街地周辺は交通網が発達しているため，会場まで容易に向かうことができる．

・Additive Friction Stir Deposition
・Friction Stir Processing

３．会議概要1)

本会議は，鉱物，金属，材料に関する専門組織 The・Modeling & Validation
・FSW of High Melting Temperature Materials

Minerals, Metals & Materials Society (TMS)が北米で毎・Spot Technologies

年開催する世界最大規模の国際会議である．例年，約 70

・Tooling & Process Monitoring

・Dissimilar & Non-Ferrousていることがわかった．したがって，Fe4W2C が機械的に・Derivative Technologies

W と C に分解されるとともに，それら元素が鋼側のオーステナイト中へ多量に固溶し，ツール通過後の冷却に伴い近年の流行を反映して，摩擦攪拌技術を応用した固相積層オーステナイトがマルテンサイト変態するという過程を造形プロセスに関する講演が多数みられたほか，FSP/W踏んで，施工面が形成されると結論付けた．また，界面近部における高度な組織解析やモデリング/シミュレーショ

傍では Fe4W2C 層の粒子が鋼側へ離脱する様子も捉えてン，最新のプロセスモニタリング/非破壊検査技術の紹介おり，固溶層の領域拡大には FSP の攪拌効果によるそれなど，合計 56 講演が行われた．このように，摩擦攪拌技

ら粒子の溶解の加速と，塑性流動を介した広範囲に及ぶ元術に特化したセッションを連日に渡って開催するのは世素の移動が大きな役割を担っていることを明らかにした．

界的にみても珍しく，当該分野における最先端の研究を存分に見聞することができる絶好の機会であった．

続いて，固溶層における圧縮残留応力発生機構の解明にあたり，ツール回転速度の調整により種々の濃度でツール元素を固溶させた FSP 施工面に対し，X 線を用いた残留４．発表概要 2)オーステナイト相分率と残留応力の測定，ならびにそれら

上 記 の セ ッ シ ョ ン の う ち ， 著 者 は 「 Friction Stir

各測定点直下にて元素濃度測定を行った．通常の FSP のProcessing」にて“Surface Alloying Due to WC Tool Wear

場合には，材料中への局所的な入熱によって冷却過程でのduring FSP and Its Effects on the Microstructure and

熱収縮に伴う引張残留応力が発生するが，圧縮残留応力がMechanical Properties of Topmost Steel Layer”という発生するためにはその冷却過程にて施工面が膨張する必題目で講演を行った．講演内容の概要を以下に示す．

要がある．その膨張はマルテンサイト変態時に生じる膨張FSP は，高速回転させたツールと呼ばれる棒状工具をと考えられ，残留応力に対して有効な膨張量を支配するマ材料表面に押し付けることで生じる摩擦熱と塑性変形をルテンサイト変態開始温度(Ms 点)に着目した．Ms 点は鋼利用した FSW の応用技術であり，施工面表層組織を固相中の固溶元素量に依存しているため，各測定点における元状態のまま動的再結晶により微細化･均質化することが可素濃度を用いて計算し残留応力との関係を求めた結果，能である．鉄鋼材料のような高強度の金属材料へ FSP/W

Ms 点が 150℃近傍で圧縮の最大値を示すことがわかった．

を適用する場合，施工時の温度上昇が大きいため，耐熱合Ms 点が低下(ツール元素固溶量が増加)し，室温付近にて金やセラミックス材料のような高温特性に優れた材質のマルテンサイト変態が完了する場合に膨張量が最大化さツールが採用される．しかし，FSP/W 中のツール摩耗はれ，残留応力は引張から圧縮へと遷移する．一方，Ms 点依然として不可避な問題であり，施工品質を維持するうえが 150℃以下の施工面では，残留オーステナイト相分率がで大きな障害となっている．一方で，著者らはツール摩耗増加する傾向がみられ，室温でのマルテンサイト変態が未によってポジティブな効果が得られるという新展開をこ完了となったことでそれに伴う膨張量が不十分となり，引れまでの TMS Annual Meeting & Exhibition にて示して張残留応力が生じると結論付けた．また，ツール元素固溶

きた．具体的には，炭化タングステン(WC)ツールを用い量が大きな施工面表層では，FSP 時の冷却過程で変態でた低炭素鋼溶接継手への高入熱 FSP において，ツールをきなかった多量の残留オーステナイトが，引張応力負荷時構成する主要元素である W や C などが施工面表層に固溶や疲労き裂近傍の塑性域において加工誘起マルテンサイし，その領域において著しい硬さ上昇と圧縮残留応力発生ト変態を生じ，疲労特性に対して有効に作用することを確が起こることを明らかにしてきた．そこで本講演では，ツ認しており，変態膨張量不足によって生じた引張残留応力ール元素が FSP 中にどのようにして鋼中に固溶し，そのの影響は無視できるものと考えている．

濃度変化に応じてどのような組織形成･力学的挙動を示す

謝

か，機構解明を試みた成果について報告した．

辞

まず，WC ツール元素の鋼中固溶機構の解明にあたり，本国際会議への参加にあたり，公益財団法人 天田財団

FSP 中のツール/鋼界面を観察するため，ストップアクシ

より 2022 年度国際会議等参加助成(若手研究者枠)を受けョン法による凍結試料の作製を試みた．具体的には，水槽た．ここに記して謝意を表する．

内に設置した低炭素鋼板への FSP 途中でツールの移動と参考文献

回転を急停止させ，それと同時に水を流し込むことにより，ツールを鋼中に埋め込んだままその周辺での組織変化を急冷･凍結させた．得られたツール/鋼界面からは，鋼側のFe 元素がツール側の Ni 基バインダー内へと拡散すると

1) TMS

2023

AnnualMeeting&Exhibition,

https://www.tms.org/AnnualMeeting/TMS2023,2023 年 4 月 5 日参照.

ともに，WC 粒子との反応によって Fe4W2C 層の形成が2) Hajime Yamamoto, Yudai Imagawa, Kazuhiro Ito,

観察された．透過電子顕微鏡による観察の結果，摩擦によKe Chen, Lanting Zhang: Journal of Manufacturing

る著しいせん断変形が生じていると思われる Fe4W2C/鋼Processes, 69 (2021) 311-319.

界面において，両者の元素が約 100 nm 程度の幅で移動し