2019 Fiscal Year Annual Research Report
内部起点型疲労破面に見られる粒状領域形成に関する『繰返し接触モデル』の実験的立証
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19H02034
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| Research Institution | National Institute for Materials Science |
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Principal Investigator |
小熊 博幸 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 構造材料研究拠点, 主幹研究員 (80515122)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
吉中 奎貴 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 構造材料研究拠点, 研究員 (00825341)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 超高サイクル疲労 / 内部起点型破壊 / 放射光X線nano-CT / 粒状領域 / 高強度金属材料 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
高強度金属材料において「超高サイクル疲労」の重要性が指摘されている．超高サイクル疲労の特徴として材料の内部を起点とした破壊（内部起点型破壊）が挙げられる．内部起点型破壊は一般的な材料の表面を起点とした破壊（表面起点型破壊）よりも低い応力，長い寿命（繰返し数1000万回以上）で生じる．そして，内部起点型破壊の破面上においてのみ凹凸の大きさが1マイクロメートル以下で粒状の様相を呈した特異な領域（粒状領域）が形成される．表面起点型破壊において粒状領域は観察されないことから，粒状領域の形成は内部起点型破壊の特性と強い相関があると考えられる．しかし，その領域の形成機構について統一的な見解は得られていない．本研究では「疲労き裂が曝される環境（真空／大気）」と「力学的条件（圧縮負荷）」に着目し，粒状領域の形成機構を実験的に明らかにする．
チタン合金を対象として大気中あるいは真空中で球面同士を接触させた状態で繰返し圧縮負荷を加える実験をおこなった．表面の状態ならびに表面直下の組織の変化を調べるため，ナノインデンテーションによる押込み試験，観察およびEBSDによる分析を実施した．
両方の環境で組織の微細化が生じていた．しかし，真空中で微細化はより顕著に生じており，さらに凝着が起きることで表面に粒状の凹凸が形成されていた．微細な粒状の山部について押込み試験を実施した結果，一般的に塑性変形の開始挙動に対応するpop-inは見られず，組織の状態が変化していることが確認された．断面観察から粒状の山部ならびに谷部では組織の微細化が生じていることが確認された．組織の微細化が上記の状態変化に対応すると考えられる．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
2019年度は①試験装置の開発と設計ならびに条件の検討，②球面試験片を用いた接触試験（マクロスケール）を計画していた．
試験装置については，制御系と測定系の設備を予定通り導入した．球面接触試験については，大気中と真空中で試験を行った試料について表面ならびに断面観察と分析を予定通り実施できている．しかし，接触試験における電気抵抗測定に関しては試験装置の調整に時間を要している．一方，当初の計画にはなかったナノインデンテーションによる実験を追加したことで，接触面直下の組織の状態について定量的な結果ならびに新たな知見が得られた．
以上から，全体として「おおむね順調に進展している」と判断する．
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| Strategy for Future Research Activity |
マクロスケールでの実験は可能となったので継続して行う．また，真空中での実験に関しては大学機関の協力を得ながら進めていく．観察についてはTEMも追加することで，より詳細な検討を行う．
2020年度以降に計画しているミクロスケールでの実験についてはFIBなどでの微小欠陥加工手法の確立や負荷方法，実験条件などの検討項目が多いことから系統的に進める必要がある．また，ナノインデンテーションを用いた測定の有効性が確認されたことから，この手法を用いた組織の分析についても新たに加え，多角的かつ定量的に評価をすることも試みる．
一方，当初の計画にはなかったSEM中でピコインデンターの使用が可能となったことから，本課題を発展させる実験の実施ついて検討を行う．
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