2021 Fiscal Year Research-status Report
疲労損傷のマルチスケール的観察が結びつける転位-塑性変形-き裂関係
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19K14853
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| Research Institution | National Institute for Materials Science |
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Principal Investigator |
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, 主任研究員 (00825341)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 疲労 / き裂 / 塑性変形 / 微視組織 / 合金開発 / 鋼 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
優れた疲労特性を有するFe-15Mn10Cr-8Ni-4Siについて，変形組織のEBSD解析により，その良好な機械特性がひずみ誘起γ→εマルテンサイト変態(ε-TRIP)，二段階γ→ε→α'マルテンサイト変態(two-stage TRIP)，双方向γ/ε変態(B-TRIP)の3種類のTRIP効果の重畳によるものであることを示した。本研究成果は(Yoshinaka et al., Mater Sci Eng A, 833, 142583, 2022)で発表した。
試験温度を変化させることで塑性変形メカニズムを制御して疲労試験を行った。特に，温度の影響と材料成分の影響の双方を評価できるパラメータとしてGibbs自由エネルギー差ΔGにより疲労寿命を整理した。その結果，最も優れた疲労特性を得られる条件はB-TRIPが活発に生じる場合であり，そのような条件をΔG＝０と記述できることを実証した。本結果については(Sawaguchi et al., Acta Mater, 220, 117267, 2021)で報告している。
また、き裂周囲あるいは疲労破面上におけるマルテンサイト量を測定した結果，き裂先端のひずみ場によりα'マルテンサイトが顕著に生じることが判明した。上述した通りα'マルテンサイトを生じるtwo-stage TRIPは引張特性の改善に寄与するものの，疲労耐久性の観点からはB-TRIPの割合を低下させることで悪影響であることを指摘した。また，このようなき裂周りにおける塑性変形・相転移の傾向が，き裂を含まない領域とは異なることから，疲労メカニズムの詳細を明らかにする上ではき裂近傍における組織解析が重要であることを提案した。
本研究成果はThe 7th International Conference on Advanced Steels（つくば市，5月）にて発表予定である。
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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
本研究成果をもとに有効な合金設計指針が提案できており、これに基づきいくつかの新合金の開発に着手できている。新たに開発した合金についてさらに疲労メカニズムの調査を進めることで，現在の合金設計指針の改良も期待できる。
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| Strategy for Future Research Activity |
従来に比べさらに疲労耐久性を向上させた合金および、それよりは性能の劣る合金をモデル材として用いてき裂周囲におけるマルテンサイト変態挙動を明らかにする。また、き裂長さに伴って変化するき裂先端のひずみ場の強度とマルテンサイト変態の頻度を関連付けることで、き裂先端におけるマルテンサイト変態のメカニズムを力学的に検証する。
き裂発生個所を同定するためには各負荷繰返し中における試験片表面のモニタが必要となるため、現有するデジタルマイクロスコープに電動ステージを追加し，試験片ゲージ部全体を高倍率で児童連続撮影できるように改造する。
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| Causes of Carryover |
2021年度は試験片加工の一部を内製することでこれにかかる費用を節約した。また、新型コロナウイルス蔓延による在宅勤務の実施および疲労試験機の初期施工不良への対応のため疲労試験の実施回数を当初予定より減じた。また、新型コロナウイルス蔓延のため出張を控えた。
前年度未使用額については本年度行うき裂観察試験に用いる試験片の材料調達費と加工費、組織解析のための装置利用料として用いる。
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