2019 Fiscal Year Annual Research Report
Study on gigacycle fatigue strength of welded metals and crack detection technique
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17K14565
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| Research Institution | Japan Atomic Energy Agency |
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Principal Investigator |
直江 崇 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 J－PARCセンター, 研究副主幹 (00469826)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | ギガサイクル疲労 / 溶接 / 転位密度 / 中性子回折 / 超音波疲労試験 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，疲労過程で生じる微小き裂が主き裂に移行する過程を非破壊・非接触に捕らえる手法を開発することを最終目的とし，パルス核破砕中性子源の標的容器構造材料であるオーステナイト系ステンレス鋼に対して，高ひずみ速度の疲労試験を実施し，構造物の寿命評価に重要となる溶接部のギガサイクルまでの疲労過程を金属組織の変化に着眼し明らかにすることを試みた．
疲労データの構築には，超音波疲労試験法を採用した．本研究では，通常用いられる砂時計型に加えて，溶接ビードが疲労強度に及ぼす影響を調べるために，試験片中央部に溶接線を配置した試験片を用いた．浸透探傷検査及び放射線透過試験により検出可能な溶接欠陥がないことを確認した溶接ビードがない溶接材では，ギガサイクル領域においても非溶接材と比較して疲労強度が高くなること，溶接ビードが存在する試験片では，ビード止端部の応力集中箇所を起点とした疲労き裂の発生・伝ぱにより，受け入れ材と比較して著しく疲労強度が低下することを確認した．また，ビード形状の個体差に起因した疲労強度のバラツキが大きく，疲労限度付近では，平滑材を基準として導出した同じ応力振幅でも破断回数には三桁程度の開きがあった．
疲労過程で生じる繰返し硬化／軟化について，高ひずみ速度・超高サイクルの負荷繰返し過程で生じる力学特性変化について，金属組織に着目し，中性子回折法により非破壊的に調査した．その結果，溶体化処理材では，負荷の繰返し数の増加と共に転位密度が上昇するのに対し，冷間圧延材では，圧延により転位が蓄積されているため，初期の転位密度は溶体か処理材として著しく高いが，繰返し負荷により転位密度がわずかに低下した後，再び繰返し数の増加と共に上昇する傾向があることを確認した．これらの転位密度変化は，硬さ等で測定された傾向と一致しており，非破壊的な疲労診断法として本手法が適用できる見込みを得た．
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