2021 Fiscal Year Annual Research Report
トランススケール解析による低合金鋼の水素－空孔－塑性ひずみ関連破壊現象の解明
| Project/Area Number |
19H02025
|
|---|
| Research Institution | Kyoto University of Advanced Science |
|---|
Principal Investigator |
松本 龍介 京都先端科学大学, 工学部, 准教授 (80363414)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
武富 紳也 佐賀大学, 理工学部, 准教授 (20608096)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
|
| Keywords | 水素脆化 / 格子欠陥 / 材料強度 / 計算力学 / 変形機構 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
低合金鋼において，水素存在時には破壊の前駆段階で局所的に多量の空孔が生成していることが示されている．本研究では，水素脆化のクライテリオンに局所的な空孔濃度やその分布状態を取り入れる．ここで，水素―空孔―転位（塑性ひずみ）間では強い相互作用を生じるため，空孔分布を知るためには三者の時間発展を同時に解く必要がある．R3年度は問題の単純化が可能な純鉄中の格子欠陥の運動解析に加えて，マルテンサイト相中の水素拡散の解析を行った．また，メゾ，マクロスケール解析に関しては，ミクロスケール解析の結果を踏まえて，解析の準備を行っている．以下に得られた主な成果を示す．
〔ミクロスケール解析〕極めて遅い運動速度における転位と水素の相互作用挙動，並びに，転位運動に必要なせん断応力を明らかにした．また，マルテンサイト相における水素の固溶度と水素の拡散係数を評価した．翌年度にらせん転位を取り扱うために原子間ポテンシャル等の環境整備も行った．
〔メゾスケール解析〕ミクロスケール解析の結果に基づき，離散転位動力学法に用いる転位運動則の精密化を行った．
〔マクロスケール解析〕前年度に引き続き，反応拡散方程式を用いた水素と空孔の存在状態の時間発展の解析を実施した．
〔実験〕引張変形過程でのデジタル画像相関法によるひずみ分布変化の評価に関して，実験方法やソフトウェアの見直しを行い，高精度化を行っている．
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究では格子欠陥や破壊に及ぼす水素の直接的な影響だけではなく，水素助長ひずみ誘起空孔を通した水素の間接的な影響も考慮することで，低合金鋼の水素脆化のクライテリオンを明らかにする．
R3年度は，前年度に引き続き，刃状転位と空孔水素複合体の相互作用挙動に関する詳細を明らかにした．また，解析対象を炭素を含む系に拡大し，マルテンサイト相中の水素固溶度や水素の拡散係数に関する評価も行った．また，翌年度の解析に備えて，らせん転位と水素や空孔性欠陥の相互作用解析を実施するための原子間ポテンシャルの選定を実施した．
以上のことは，おおむね計画通りであり，本研究は順調に進展していると判断できる．
|
| Strategy for Future Research Activity |
電子・原子レベルのシミュレーションを用いて，転位と，水素，空孔，空孔水素複合体，および粒界との相互作用解析を行う．これらの解析を通して，水素存在時の低合金鋼中の微視的変形挙動をモデル化し，広い時空間スケールで水素―空孔―塑性ひずみ関連破壊現象を紐解く．単純化が可能な純鉄を主な対象としつつも添加元素を含む系も扱い，格子欠陥と水素との相互作用に関する解析を進める．
ミクロスケール解析では，刃状転位に加えて，らせん転位と空孔水素複合体との相互作用に関する解析を実施する．また，空孔クラスターからプリズマティック転位ループへの遷移挙動に関する解析も実施する．メゾスケール解析では，精密化を行った転位運動則を用いた離散転位力学法により，き裂先端周りでの多数の転位の挙動を解析する．マクロスケール解析では，非定常水素/空孔拡散―弾塑性連成解析により，マクロな空孔，水素分布の時間発展と塑性変形の関わりを明らかにする．
|
