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Elucidation of short crack propagation mechanism in ultra low carbon lath martensite

Research Project

Project/Area Number 20K22468
Research Category

Grant-in-Aid for Research Activity Start-up

Allocation TypeMulti-year Fund
Review Section 0401:Materials engineering, chemical engineering, and related fields
Research InstitutionShimane University

Principal Investigator

Ueki Shohei  島根大学, 学術研究院理工学系, 助教 (50880382)

Project Period (FY) 2020-09-11 – 2022-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2021)
Budget Amount *help
¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Keywordsラスマルテンサイト / き裂 / 転位 / 鉄鋼材料 / マルテンサイト / き裂伝播機構 / 透過型電子顕微鏡 / 疲労き裂進展機構
Outline of Research at the Start

先進高強度鋼の主要組織であるラスマルテンサイトでは、その微細で複雑な階層組織に起因して、疲労き裂進展機構に関する微視的見地からの研究は困難とされていた。本研究では、ラスマルテンサイト組織における転位組織とき裂との相互作用を透過型電子顕微鏡内で直接観察し、組織要素レベル(マイクロオーダー)のき裂進展の素過程と対応付けることで、その機構解明を目指す。これにより、強度だけでなくき裂進展抵抗に優れる鉄鋼材料の開発指針が得られ、ラスマルテンサイト組織を基盤とする構造体の安全性ならびに信頼性の確保への貢献が期待できる。

Outline of Final Research Achievements

In this study, the dislocation motion near the crack tip was directly observed using a transmission electron microscopy and associated with microstructurally fatigue crack propagation of lath martensite steel to clarify the crack propagation mechanism. In-situ observation of dislocation motion revealed that the activation of pre-existing dislocations ahead of the crack tip occurred prior to the dislocation emission from the crack tip. When the applied load reached a level at which the dislocation emission from crack tip occurred, the activity of pre-existing dislocations became remarkable, and the dislocations were tangled with each other. These findings suggest that the dislocation cell structure, which plays an important role in the fatigue crack propagation of lath martensite, is formed by the activation and tangle of pre-existing dislocations ahead of the crack tip.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究では、透過型電子顕微鏡を用いてラスマルテンサイト鋼のき裂先端における転位運動を直接観察し、先行研究で報告されているブロック内き裂進展と対応付けることで、き裂進展機構の理解を深めることに成功した。さらに、透過型電子顕微鏡内で引張荷重を負荷する試験片の観察領域に、所望の結晶方位を有する組織を配置する手法の確立に成功し、その応用範囲はきわめて広い。本研究で得られた成果は、き裂先端近傍の塑性変形挙動をトランススケールで理解し、き裂進展機構の解明に貢献する重要な知見を提供するものである。

Report

(3 results)
  • 2021 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2020 Research-status Report
  • Research Products

    (10 results)

All 2022 2021

All Journal Article (4 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 4 results,  Open Access: 3 results) Presentation (6 results) (of which Invited: 1 results)

  • [Journal Article] Crystallographic Characterisation of Hydrogen-induced Twin Boundary Separation in Type 304 Stainless Steel Using Micro-tensile Testing2022

    • Author(s)
      Ueki Shohei、Koga Kaoru、Mine Yoji、Takashima Kazuki
    • Journal Title

      Tetsu-to-Hagane

      Volume: 108 Issue: 1 Pages: 97-106

    • DOI

      10.2355/tetsutohagane.TETSU-2021-086

    • NAID

      130008138296

    • ISSN
      0021-1575, 1883-2954
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Comparative Study of Microstructure-sensitive Fatigue Crack Propagation in Coarse- and Fine-grained Microstructures between Stable and Metastable Austenitic Stainless Steels Using Miniature Specimen2021

    • Author(s)
      Matsushita Aya、Ueki Shohei、Mine Yoji、Takashima Kazuki
    • Journal Title

      ISIJ International

      Volume: 61 Issue: 5 Pages: 1688-1697

    • DOI

      10.2355/isijinternational.ISIJINT-2020-659

    • NAID

      130008038266

    • ISSN
      0915-1559, 1347-5460
    • Year and Date
      2021-05-15
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Effect of geometric lath orientation on fatigue crack propagation via out-of-plane dislocation glide in martensitic steel2021

    • Author(s)
      Ueki Shohei、Mine Yoji、Lu Xinyu、Chiu Yu Lung、Bowen Paul、Takashima Kazuki
    • Journal Title

      Scripta Materialia

      Volume: 203 Pages: 114045-114045

    • DOI

      10.1016/j.scriptamat.2021.114045

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Excellent mechanical properties of taenite in meteoric iron2021

    • Author(s)
      Ueki Shohei、Mine Yoji、Takashima Kazuki
    • Journal Title

      Scientific Reports

      Volume: 11 Issue: 1 Pages: 4750-4750

    • DOI

      10.1038/s41598-021-83792-y

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] 炭素鋼ラスマルテンサイトにおける超小型試験片を用いた疲労き裂進展挙動解析2022

    • Author(s)
      植木翔平、峯洋二、高島和希
    • Organizer
      日本鉄鋼協会2022年春季講演大会
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    • Author(s)
      峯洋二、植木翔平、Yu-Lung Chiu、高島和希
    • Organizer
      日本金属学会2022年春季講演大会
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  • [Presentation] 超小型試験片を用いた炭素鋼ラスマルテンサイトの疲労き裂進展試験2021

    • Author(s)
      植木翔平
    • Organizer
      日本熱処理技術協会第92回講演大会
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      植木翔平、Xinyu Lu、Yu-Lung Chiu、峯 洋二、Paul Bowen、高島和希
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      日本金属学会2021年秋季講演大会
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  • [Presentation] 鉄基アモルファス合金薄帯の球頭パンチを用いた張出し試験2021

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      花本 陽、植木翔平、糸賀千尋、大倉淳子、宮本伸樹、太田元基、荒河一渡
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      日本鉄鋼協会・日本金属学会 令和3年度中国四国支部合同講演大会
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      峯洋二、植木翔平、古賀薫、高島和希
    • Organizer
      日本鉄鋼協会2021年春季講演大会
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      2021 Annual Research Report

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Published: 2020-09-29   Modified: 2023-01-30  

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