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Ti-6Al-4Vの超高サイクル疲労における内部疲労き裂発生・進展機構の解明

Research Project

Project/Area Number 16J01058
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Materials/Mechanics of materials
Research InstitutionHokkaido University

Principal Investigator

吉中 奎貴  北海道大学, 大学院工学院, 特別研究員(DC2)

Project Period (FY) 2016-04-22 – 2018-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2017)
Budget Amount *help
¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,300,000)
Fiscal Year 2017: ¥600,000 (Direct Cost: ¥600,000)
Fiscal Year 2016: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
Keywords疲労破壊 / ギガサイクル疲労 / 疲労き裂 / チタン合金 / 放射光X線イメージング / 非破壊検査 / 真空環境
Outline of Annual Research Achievements

本研究はチタン合金Ti-6Al-4Vの超高サイクル疲労における内部破壊過程の解明を目的とする。そのために,大別して1.大型放射光施設SPring-8における放射光技術を用いた試料内部の結晶粒および疲労き裂の非破壊観察と、2.種々の真空圧力における表面き裂進展試験の2つを実施した。
1.に関して、SPring-8において結像法と呼ばれる極めて高い空間分解能が得られる非破壊観察手法をTi-6Al-4Vに適用した。その結果、10^-6 m以下の微細な結晶粒や内部き裂の形状を鮮明に観察することができた。今後、結像法を用いることで、例えば内部き裂の発生・進展・停留現象と微視組織の関係を明らかにできる。
2.に関して、真空圧力が微小き裂進展に与える影響を明らかにするために、表面に結晶粒寸法程度の微小欠陥をレーザ加工した試験片を用いて、10^-6 Pa~10^0 Paの真空環境と大気環境において疲労試験を実施し、微小欠陥から発生・進展する表面微小き裂を観察した。その結果、き裂進展速度は真空圧力により変化し、10^-6 Paや10^-4 Paといった真空圧力の低い環境では大気中に比べてき裂進展速度が著しく低下した。前年度までに取得した内部き裂の結果と比較したところ、内部き裂の進展速度は特に真空圧力の低い環境のものと一致した。このことから、内部き裂周囲の環境は気体量が極めて限定される低圧環境であることを示した。
以上のように、本年度の研究では、結像法を用いた内部破壊過程の測定手法を確立したほか、内部き裂進展過程において、き裂周囲の低圧環境が重要因子であることを明らかにするなど、本研究の目的である内部破壊過程の解明において重要な成果が得られた。

Research Progress Status

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2017 Annual Research Report
  • 2016 Annual Research Report
  • Research Products

    (18 results)

All 2018 2017 2016 Other

All Journal Article (5 results) (of which Peer Reviewed: 4 results,  Open Access: 2 results) Presentation (12 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Non-Destructive Measurement of Internal Small Fatigue Crack Growth Rate in Ti-6Al-4V2017

    • Author(s)
      吉中奎貴,中村孝,髙久和明,上杉健太朗
    • Journal Title

      Journal of the Society of Materials Science, Japan

      Volume: 66 Issue: 12 Pages: 928-934

    • DOI

      10.2472/jsms.66.928

    • NAID

      130006253129

    • ISSN
      0514-5163, 1880-7488
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Observation of the initial process of internal fracture in very high cycle fatigue in Ti-6Al-4V by synchrotron radiation μCT imaging2017

    • Author(s)
      吉中奎貴,中村孝,髙久和明,塩澤大輝,中井善一,上杉健太朗
    • Journal Title

      Transactions of the JSME (in Japanese)

      Volume: 83 Issue: 856 Pages: 17-00104-17-00104

    • DOI

      10.1299/transjsme.17-00104

    • NAID

      130006282091

    • ISSN
      2187-9761
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Journal Article] Detection of small internal fatigue cracks in Ti-6Al-4V by using synchrotron radiation μCT imaging2016

    • Author(s)
      Takashi Nakamura, Fumiyoshi Yoshinaka, Shinya Nakayama, Hiroyuki Oguma, Daiki Shiozawa, Yoshikazu Nakai, Kentaro Uesugi
    • Journal Title

      Mechanical Engineering Letters

      Volume: 2 Issue: 0 Pages: 16-00233-16-00233

    • DOI

      10.1299/mel.16-00233

    • NAID

      130005152910

    • ISSN
      2189-5236
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Effects of vacuum environment on small fatigue crack propagation in Ti-6Al-4V2016

    • Author(s)
      Fumiyoshi Yoshinaka, Takashi Nakamura, Kazuaki Takaku
    • Journal Title

      International Journal of Fatigue

      Volume: Vol. 91 Pages: 29-38

    • DOI

      10.1016/j.ijfatigue.2016.05.024

    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Non-destructive observation of internal fatigue crack growth in Ti-6Al-4V by using synchrotron radiation microCT imaging2016

    • Author(s)
      Fumiyoshi Yoshinaka, Takashi Nakamura, Shinya Nakayama, Daiki Shiozawa, Yoshikazu Nakai, Kentaro Uesugi
    • Journal Title

      International Journal of Fatigue

      Volume: Vol. 93 Pages: 397-405

    • DOI

      10.1016/j.ijfatigue.2016.05.028

    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] 高輝度放射光を用いた高強度鋼内部構造の非破壊観察2018

    • Author(s)
      今佑宇真,中村孝,高橋航圭,藤村奈央,吉中奎貴
    • Organizer
      日本機械学会北海道学生会 第47回学生員卒業研究講演会
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] Measurement of internal fatigue crack growth rate of Ti-6Al-4V by using high-resolution X-ray CT2017

    • Author(s)
      Fumiyoshi Yoshinaka,Takashi Nakamura,Daiki Shiozawa,Yoshikazu Nakai,Kentaro Uesugi
    • Organizer
      Seventh International Conference on Very High Cycle Fatigue
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 放射光CTイメージングによるTi-6Al-4Vの内部微細組織の非破壊観察2017

    • Author(s)
      吉中奎貴,中村孝,本宮聡子,佐藤博隆,上杉健太朗,竹内晃久,上椙真之
    • Organizer
      日本機械学会 2017年度年次大会
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] 放射光マイクロCTによるTi-6Al-4Vの内部疲労き裂の発生・進展過程の非破壊観察2017

    • Author(s)
      吉中奎貴,中村孝,髙久和明,上杉健太朗
    • Organizer
      日本機械学会 M&M2017材料力学カンファレンス
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] Ti-22V-4Alにおける疲労き裂発生・進展特性2017

    • Author(s)
      髙梨圭,鹿島彰太,吉中奎貴,中村孝,藤村奈央,高橋航圭
    • Organizer
      日本機械学会 M&M2017材料力学カンファレンス
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] Ti-22V-4Alにおける疲労き裂発生過程の観察2017

    • Author(s)
      鹿島彰太,髙梨圭,吉中奎貴,中村孝,藤村奈央,高橋航圭
    • Organizer
      日本機械学会 M&M2017材料力学カンファレンス
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] 高輝度放射光CTによるチタン合金内部の疲労き裂・結晶粒の可視化2017

    • Author(s)
      吉中奎貴,中村孝,上杉健太朗,竹内晃久,上椙真之
    • Organizer
      日本材料学会 第3回材料WEEK材料シンポジウム若手学生研究発表会
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] Ti-6Al-4Vの超高サイクル疲労における内部破壊初期過程の放射光microCTイメージング2016

    • Author(s)
      吉中奎貴,中村孝,髙久和明,塩澤大輝,中井善一,上杉健太朗
    • Organizer
      日本機械学会 M&M2016材料力学カンファレンス
    • Place of Presentation
      神戸大学(兵庫県・神戸市)
    • Year and Date
      2016-10-08
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Presentation] Ti-6Al-4Vの微小き裂進展に与える超高真空の影響2016

    • Author(s)
      吉中奎貴,中村孝,髙久和明
    • Organizer
      日本機械学会 2016年度年次大会
    • Place of Presentation
      九州大学伊都キャンパス(福岡県・福岡市)
    • Year and Date
      2016-09-11
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Presentation] 放射光microCTイメージングを用いたTi-6Al-4V内部組織の非破壊観察2016

    • Author(s)
      本宮聡子,吉中奎貴,髙久和明,佐藤博隆,中村孝,上杉健太朗
    • Organizer
      日本機械学会 2016年度年次大会
    • Place of Presentation
      九州大学伊都キャンパス(福岡県・福岡市)
    • Year and Date
      2016-09-11
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Presentation] Non-destructive observation of the internal fatigue crack growth in Ti-6Al-4V by high-resolution X-ray CT2016

    • Author(s)
      Fumiyoshi Yoshinaka, Takashi Nakamura, Daiki Shiozawa, Yoshikazu Nakai, Kentaro Uesugi
    • Organizer
      AGH-HU Joint Symposium 2016
    • Place of Presentation
      北海道大学(北海道・札幌市)
    • Year and Date
      2016-07-29
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Presentation] Non-destructive observation on grain structure of Ti-6Al-4V by using synchrotron radiation microCT imaging2016

    • Author(s)
      Satoko Honguh, Fumiyoshi Yoshinaka, Takashi Nakamura, Kentaro Uesugi
    • Organizer
      AGH-HU Joint Symposium
    • Place of Presentation
      北海道大学(北海道・札幌市)
    • Year and Date
      2016-07-29
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Remarks] Advances in Engineering

    • URL

      https://advanceseng.com/mechanical-engineering/non-destructive-observation-internal-fatigue-crack-growth-ti-6al-4v-synchrotron-radiation-%CE%BCct-imaging/

    • Related Report
      2016 Annual Research Report

URL: 

Published: 2016-05-17   Modified: 2024-03-26  

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