2021 Fiscal Year Annual Research Report
Elucidation of Fatigue Crack Propagation Mechanism and Fatigue Strengthening Design of Martensitic Steels by Micromechanical Testing
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20H00311
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| Research Institution | Kumamoto University |
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Principal Investigator |
高島 和希 熊本大学, 国際先端科学技術研究機構, 卓越教授 (60163193)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
峯 洋二 熊本大学, 大学院先端科学研究部(工), 教授 (90372755)
郭 光植 熊本大学, 大学院先端科学研究部(工), 助教 (90847170)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | 構造・機能材料 / 鉄鋼材料 / マルテンサイト / 疲労き裂伝播機構 / 耐疲労設計 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
2021年度においては、ラスマルテンサイト組織の基本的な要素である単一ブロック、単一パケット組織における疲労き裂伝播機構を検討した。
試料には昨年度と同様に低炭素鋼を全面ラスマルテンサイト組織としたものを用いた。試料をマイクロ試験片が採取できる50μm程度まで研磨し、電子線後方散乱回折(EBSD)法により組織観察を行い、試験片採取位置を選択後、微細レーザ加工機及び集束イオンビーム(FIB)加工機を用いて、微小CT試験片を作製した。その際、昨年度と同様に、切欠き先端におけるパケットの晶へき面が切欠き面に対して0°、45°及び90° の角度をもつように切欠きを導入した（それぞれ0°、45°、90°試験片と呼称）。疲労試験は応力比0.1、繰返し速度1 Hz、室温・大気中で行った。
0°および45°試験片では、き裂は巨視的には晶へき面に平行に伝播し、同程度のき裂進展抵抗を示した。一方、90°試験片では、き裂は晶へき面に垂直に、ブロック境界を横切るように進展し、0°及び45°試験片に比べて高いき裂伝播抵抗を示した。破面観察及び透過型電子顕微鏡を用いた変形組織観察の結果、0°試験片では、き裂は晶癖面に平行に伝播し、対称的に配した複数の晶へき面を横切るすべりの活動によって粗大なラスの領域を伝播する傾向にあった。また、45°試験片においては、晶へき面に平行なすべりがき裂先端前方の広範囲で優先的に活動することで晶へき面に平行なき裂伝播が生じていた。一方、90°試験片では、モードIき裂伝播方向のすべり成分をもたない面外すべりの活動により損傷蓄積型のき裂伝播が生じており、このことが、90°試験片で疲労き裂伝播抵抗が高かった原因と考えられる。これらの結果は、疲労き裂伝播抵抗に優れるマルテンサイト組織鋼の開発において重要なキーポイントとなる。
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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
昨年度同様、新型コロナのため、研究の実施に問題が生じたが、本年度の目標である疲労き裂伝播機構をほぼ明らかにすることができた。ただし、当初予定していたCPFEMによる計算機シミュレーションについては、シミュレーションを行わなくても疲労き裂伝播機構を提案することができたため、実施を見送った。しかしながら、次年度以降はパケット境界、旧オーステナイト粒界等、より複雑な疲労き裂伝播機構を解明するため、その際に必要に応じて実施したい。
なお、研究成果の公表に関しては、発表を予定していた学会の講演会が国内外とも中止あるいはさらに次年度への延期となるか、リモートでの開催となったため、旅費の支出はなかったが、昨年同様、計画時に計上していた旅費を技術補佐員の雇用経費に充当することで、より精度の高い試験片の作製及び疲労き裂伝播の計測を行うことができ、最終的には、本年度予定していた計画内容をほぼ実行することができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
2021年度はほぼ当初の計画通りの研究を実施できたので、次年度は申請書に記載の当初計画にしたがって、ラスマルテンサイト組織のパケット境界、旧オーステナイト粒界を疲労き裂が伝播する際のメカニズムについて検討する。また、これまでの研究において、技術補佐員の雇用が研究を大きく進展させることが判明したため、次年度以降においても、必要に応じて技術補佐員の雇用を行うこととし、当初の計画に人件費を計上する。これにより、当初の計画を上回る成果が期待できる。これに加え、次年度も引き続き論文での成果発表を積極的に進める。
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