2016 Fiscal Year Annual Research Report
Fatigue crack propagation in steels
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16H06365
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
津崎 兼彰 九州大学, 工学研究院, 教授 (40179990)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
小山 元道 九州大学, 工学研究院, 助教 (20722705)
野口 博司 九州大学, 工学研究院, 教授 (80164680)
福島 良博 九州大学, 工学研究院, 助教 (40156774)
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| Project Period (FY) |
2016-05-31 – 2021-03-31
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| Keywords | 疲労変形 / 疲労き裂停留 / ひずみ時効 / マルテンサイト変態 / 鉄鋼材料 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、出口を見据えた夢のある基礎研究領域として、部材の設計強度を決定する金属疲労に注目して、「疲労き裂研究の新領域」を拓くことを目的としています。そのために、申請者達が独自に見出した常識を破る現象である(1)アルミ合金での疲労限の出現と(2)鉄鋼での低サイクル疲労の長寿命化の二つを研究シーズとして、そのメカニズムを徹底解明します。その知見をもとに、(a)高い疲労限を持つオーステナイト系ステンレス鋼や(b)水素環境下でも疲労特性が劣化しない鉄鋼など、従来常識を打ち破る新規の鉄鋼材料の創製を行います。
第一ステージである初年度（H28年度）では、疲労限の出現と低サイクル疲労の長寿命化について、メカニズムの解明を中心として研究を遂行した。特筆される実績は以下のとおりです。
■ 疲労限の出現メカニズム：アルミ合金だけでなくオーステナイト系高Mn鋼でも動的ひずみ時効によって疲労限の向上が起こることを示しました。具体的には炭素を含むFe-23Mn-0.3C合金では変形中に動的ひずみ時効が起こって、炭素を含まないFe-30Mn-3Si-3Al合金と比べて疲労限が向上しました。またFe-23Mn-0.3C合金では、疲労限近くの応力条件で停留き裂が観察されました。その成果は International Journal of Fatigue誌に論文として公表されました。
■ 金属疲労に強いミクロ構造を鉄鋼材料で発見：疲労き裂の発生と伝ぱを抑えるために、き裂先端部分での局所的な力学状態と金属ミクロ構造の関係に注目した研究を行いました。き裂発生の抑制の為にき裂周囲の金属が膨張や硬化する構造、き裂伝ぱ抑制の為にき裂面同士の摩擦が起こる構造に着目して、画期的な疲労特性を示す鉄鋼（Fe-9Mn-3Ni-1.4Al-0.01C）を見出しました。その成果は米国Science誌に論文として公表されました。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
■ ショットキー電解放出型高分解能走査電子顕微鏡を当初の平成29年度から前倒して導入した。
■ 疲労き裂進展の特性とメカニズムに関する査読付き論文３編を公表した。
■ 水素脆化と水素可視化に関するレビュー論文をそれぞれ１編ずつ公表した。
■ オーステナイト系高Mn鋼でも動的ひずみ時効によって疲労限が向上することを明らかにし、その結果をInternational Journal of Fatigue誌に論文として成果公表した。
■ 疲労限と疲労寿命に優れたミクロ組織を鉄鋼材料で発見し、その結果を米国Scinece誌に論文として成果公表した。
■ レビュー論文の一つである水素可視化技術の記事は、広く成果を公表するためにオープンアクセス処置を行った。
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| Strategy for Future Research Activity |
■ 平成29年度は、第一ステージとして前年度と同様に疲労限の出現と低サイクル疲労の長寿命化について、メカニズムの解明を行う。メカニズム解明にあたっては、き裂先端という特殊な応力場での原子拡散、転位運動ならびにマルテンサイト変態挙動についての十分な観察と討論を行う。
■ 昨年度の2017年1月からの福島助教、本年度4月からの濱田准教授の新たに参画いただいた二名の分担研究者とともに学内の連携をとって研究を進める。
■ ドイツ・マックスプランク鉄鋼研究所および米国・MITなどの海外の研究者との国際連携による研究討論を活発に行い研究の質を高めてゆく。
■ 昨年度に前倒して導入した高分解能SEMの立ち上げを早期に完了し、ECCI法による転位観察像観察の最適条件を把握して、研究を加速させる。
■ 平成30年度以降の新しい疲労き裂研究の推進に向けて、モードIIき裂の進展挙動を解明するための試験装置を開発を平成29年度に行う。（このために濱田准教授に参画いただいた。）
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| Remarks |
１番目：九州大学プレスリリース最新（2017年3月10日）http://www.kyushu-u.ac.jp/ja/university/publicity/pressrelease/latest/
２番目と３番目：参画研究者所属の研究室のホームページ
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[Journal Article] Recent progress in microstructural hydrogen mapping in steels: quantification, kinetic analysis, and multi-scale characterisation2017
Author(s)
Motomichi Koyama, Michael Rohwerder, Cemal Cem Tasan, Asif Bashir, Eiji Akiyama, Kenichi Takai, Dierk Raabe, Kaneaki Tsuzaki
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Journal Title
MATERIALS SCIENCE AND TECHNOLOGY,
Volume: NA
Pages: 1-16
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
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