2020 Fiscal Year Annual Research Report
微小き裂先端の転位運動その場観察および解析法確立：金属疲労を克服する
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20H02457
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
小山 元道 東北大学, 金属材料研究所, 准教授 (20722705)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
佐々木 大輔 久留米工業高等専門学校, 材料システム工学科, 助教 (50772498)
奥山 彫夢 木更津工業高等専門学校, 電子制御工学科, 助教 (50804655)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 金属疲労 / 水素脆化 / その場観察 / 結晶塑性有限要素法 / 元素移流拡散解析 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
微小疲労き裂進展の機構と支配因子を把握するため、以下の三点の課題解決を目的とした。(１) 疲労き裂進展は力学条件に敏感なため、「バルク試料」で負荷をかけながら、「転位運動をその場観察」する。(２) すべり面に沿うき裂進展の理解のため、転位組織形成に伴うき裂近傍の空孔量・分布を把握する。(３) き裂近傍の固溶元素拡散を力学計算を拡散と連成させて解析する。
本年度の実績としては、上記３課題に対して以下の実績を得た。
i)その場電子チャネリングコントラスト法の構築：マイクロCT試験片や治具を作製し、その場転位運動観察をするセットアップを構築した。また、静的な状態におけるき裂近傍における電子チャネリングコントラスト法画像を様々な材料（主にFCC結晶構造を有するもの）で得ることで、転位運動に関わる電子チャネリングコントラスト法像の解釈を深化させた。さらに画像相関法に限らないひずみマッピング法の検討・評価を行い、セットアップを完了した。
ii) 結晶塑性有限要素法：疲労変形を与えた際の「空孔密度」およびそのサイクル数にともなう発展の計算に成功した。
iii）元素移流拡散-有限要素法連成解析：主に水素を対象に解析構築をした。水素集積によるき裂前方の塑性変形挙動の変化を再現できることを確認した。
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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
本年度は、当初計画していた電子チャネリングコントラスト法観察中その場CT試験用治具の作製を完了するとともに、画像相関法を含む、ひずみマッピングセットアップおよび評価を完了している。またオーステナイト鋼以外の例として、純Niの観察をするとともにCoの観察の準備をしている。
また、結晶塑性有限要素法による空孔密度計算、ならびに元素移流拡散-有限要素法連成解析の精錬が進んでおり、計算の準備は万端でる。このため、当初計画通りに概ね順調進展している。学会参加のみコロナウイルスの影響で当初計画の予定とは異なったが、代替となるオンライン開催の学会に参加することで成果公表も概ね順調に進んでいる。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は以下の三点についてそれぞれ研究を進行させる。
１）その場電子チャネリングコントラスト法の構築：作製したマイクロCT試験片や治具を用いて、その場転位運動観察をする。また、Ni合金を用いた変形中転位運動その場観察も行い、本手法の汎用性を確認する。
２) 結晶塑性有限要素法：き裂を模擬した鋭い切欠き先端近傍における疲労負荷中の空孔密度および転位密度、内部応力の計算をする。
３）元素移流拡散-有限要素法連成解析：水素に限らず、炭素と転位の相互作用は一般に硬化現象を引き起こす。水素による軟化だけでなく、水素・炭素による硬化現象およびその後のデピニングによる局所軟化を考慮した計算をする。
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