2022 Fiscal Year Annual Research Report
Quantitative evaluation for hydrogen-induced reduction of cohesive energy through micromechanics analysis
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19H02459
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| Research Institution | National Institute for Materials Science |
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Principal Investigator |
柴田 曉伸 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 構造材料研究拠点, 上席グループリーダー (60451994)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 水素脆性 / マルテンサイト鋼 / 破壊靭性 / マイクロメカニックス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
「水素脆性」とは材料中に水素が侵入することによって，材料が著しく脆化する現象である．これまでの国内外の精力的な研究により，水素脆性破壊の基本要因は明らかになりつつあるが，「破壊メカニズムに基づいた材料全体の破壊特性予測」という重要学術課題に関する水素脆性研究はほとんどなされてきていない．
本研究は，高強度マルテンサイト鋼の水素脆性粒界破壊を対象とし，各破壊素過程に対応する巨視的スケール破壊特性の評価，き裂発生・伝播挙動のミクロ組織解析を行うとともに，破壊メカニズムに基づいたマイクロメカニックス解析を行い，水素 / 結晶粒界凝集エネルギー / 巨視的スケール破壊特性の相関を定量的に明らかにすることを目的としている．
本年度はこれまでに得られている引張試験結果および破壊靭性試験結果に対してマイクロメカニックス解析（Cohesive zoneモデル解析）を継続して行った．その結果，旧オーステナイト粒界の配置を模擬して，粒径を周期とした湾曲したcohesive elementを配置すると，実験的に得られた荷重変位曲線に近づくことがわかった．また，局所水素濃度の増加に伴って，粒界凝集エネルギーが低下していく傾向を確認できた．しかし，Cohesive zoneモデル解析により得られた水素による粒界凝集エネルギー低下は，第一原理計算結果との相関は必ずしもよくなかった．これは，第一原理計算は基本的に純鉄で整合性のよい粒界を用いて計算しているのに対し，本研究では高合金鋼で，かつ旧オーステナイト粒界というランダム境界を対象にしていることが要因の一つであると考えられる．
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| Research Progress Status |
令和4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4年度が最終年度であるため、記入しない。
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