機械工学：積層造形による高強度ダマスカス鋼

レーザー積層造形は、コンピューター支援設計（CAD）モデルを用いる、金属粉末からの三次元複雑部品の製造に魅力的である。この方法は、加工パラメーター、ひいては、例えば高い冷却速度と繰り返し再加熱を用いることによって、合金造形物の微細構造のデジタル制御を可能にする。最近我々は、この繰り返し再加熱（いわゆる固有の熱処理）によって、レーザー積層造形時に鉄–ニッケル–アルミニウム合金中にin situでニッケル・アルミニウム析出を生じさせられることを示した。今回我々は、レーザー積層造形用に特別に設計したFe19Ni5Ti（重量％）鋼について報告する。この鋼はニッケル・チタンのナノ析出によってin situで硬化され、マルテンサイトもin situで200°Cという容易に到達可能な温度で形成され始める。製造時にナノ析出とマルテンサイト変態の両方を局所的に制御することによって、厚さ約100μmの層からナノスケールの析出物まで、複数の長さスケールにわたる複雑な微細構造の階層が得られた。我々は、古代のダマスカス鋼（もともとは熟練鍛冶職人の折り返し鍛錬技術によって導入された硬質層と軟質層を有する）に着想を得て、軟質層と硬質層が交互に重なった材料を作製した。今回作製した材料は、引張強度が1300 MPa、伸び率が10％であり、古代のダマスカス鋼よりも優れた機械的特性を示す。今回用いたin situ析出強化と局所的微細構造制御の原理は、多様な析出硬化合金や異なる積層造形工程に応用できる。

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