Mechanism of hydrogen-induced creep in precipitation-hardened Ni-based superalloys

2021 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 19K14855
• Research Institution: Kobe Material Testing Laboratory, Co., Ltd
• Principal Investigator: 岡崎 三郎 株式会社神戸工業試験場(生産本部技術開発部), 技術企画室, 研究員 (70780831)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: Ni基合金 / 析出強化 / 水素脆化 / 水素拡散 / 引張試験

Outline of Annual Research Achievements

本研究の目的は，析出強化型Ni基超合金の水素誘起早期破壊のメカニズムを解明することである． 3年目の取り組みとしては，析出強化型Ni基超合金インコネル718の破壊メカニズムにおける水素拡散の役割について検討した．引張試験片を圧力100MPa，温度270℃の水素ガスに200時間曝露し，300℃，200℃，-120℃，-160℃の温度の下で引張試験を実施した．引張試験の速度は，0.0025mm/secとした．300℃の試験後における水素量は75 mass ppmであった．これより，試験中に約20 mass ppmの水素が脱離していたと考えられるが，試験片の内部には十分に高濃度の水素が残存していたと仮定し評価を行った．これまでに取得した一連の引張試験の結果から，水素の影響による破断伸びや絞りの低下は室温（23℃）で最も顕著となることが明らかとなった．室温を境にして，温度の上昇および下降に伴って絞りおよび伸びは回復の傾向を示し，－196℃では水素による延性低下がほとんど認められなくなった．したがって，材料中に固溶された水素の拡散が延性低下の要因の一つとして考えられる．水素誘起の破壊メカニズムについて明らかにするため，電子顕微鏡を用いて，破断した試験片の断面における残留き裂の観察を行った．反射電子像およびEDSの分析結果より，試験温度によらず，粒界に析出したδ相を起点として内部き裂が発生していることを確認した．また，試験温度が下がるにつれて，内部き裂の発生頻度が減少する傾向があった．すなわち，短範囲の水素拡散が可能な条件において，応力集中部である粒界近傍のδ相を起点として内部き裂が発生・進展することにより，水素誘起の早期破断が生じると結論付けることができる．