2020 Fiscal Year Annual Research Report
Establishment of Scientific Basis of the Strength and Reliability of Materials Based on the Order of Atom Arrangement and Its Application to the Explication of the Degradation Process of Materials
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16H06357
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
三浦 英生 東北大学, 工学研究科, 教授 (90361112)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
鈴木 研 東北大学, 工学研究科, 准教授 (40396461)
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| Project Period (FY) |
2016-05-31 – 2021-03-31
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| Keywords | 高温強度 / クリープ疲労損傷 / 応力依存原子拡散 / 微小強度試験 / 電子線後方散乱回折 / 可視光反射スペクトル / 微細強化組織 / 非破壊検査 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
マイクロスケール微小強度試験技術と電子顕微鏡による微細組織分析技術、及び実使用環境を想定した環境負荷中間止め試験技術を併用し、火力発電や化学プラント航空機ジェットエンジン等に使用される耐熱合金の微細強化組織の劣化損傷、消失過程を可視化し、その劣化損傷機構を定量的に解明した。特にナノ、マイクロスケールにおける局所的な原子配列の秩序性の揺らぎ分布に着目し、従来は三次元等方的な性質を有し、様々な機械特性を材料定数として取り扱ってきた材料強度学学術分野において、機械特性の発現メカニズムを原子結合に遡り、原子結合の揺らぎ分布によって本質的に発現する機械特性の揺らぎ分布を定量的に可視化、実証した。また、高温における構成原子の拡散挙動が、従来の温度や濃度勾配に加え機械的な応力との重畳作用により三次元空間において異方的に増速あるいは減速することで、当初導入された耐熱合金内の微細強化組織が変化、消失してしまい、材料強度が急速に劣化し破壊寿命が著しく低下することを、そのメカニズムとともに解明、実証した。この微細強化組織の変化や消失は上記機器の使用環境において時間と共に進行して材料強度の劣化を引き起こし、想定外の破壊や事故を引き起こすことが懸念される。このような強化組織の消失は従来の非破壊検査手法では検出不可能であることから、この微細強化組織の変化、消失過程を大気中で可視化する非破壊検査技術も開発した。
本研究は連続体の力学に基づく従来の材料定数という概念を用いた「材料強度学」学術分野において、材料の不均一性を原子レベルで繙き、材料中の原子結合状態をナノスケールの空間分布として分析することで、材料強度の発現メカニズムとその劣化消失過程及びその支配因子を科学的合理に基づき解明し、新たな「材料強度科学」学術分野の創成を実現したもので、安全で安心な電力供給や航空機運航にも資するものである。
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| Research Progress Status |
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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