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2021 Fiscal Year Annual Research Report

高力アルミニウム合金の局所的な水素脆化発生条件の解明

Research Project

Project/Area Number 20J11740
Research InstitutionKyushu University

Principal Investigator

藤原 比呂  九州大学, 工学府, 特別研究員(DC2)

Project Period (FY) 2020-04-24 – 2022-03-31
Keywordsアルミニウム合金 / 3Dイメージベース解析 / 水素脆化 / 水素拡散解析 / 結晶塑性有限要素解析 / X線トモグラフィー
Outline of Annual Research Achievements

本研究では,局所的な水素の濃化により発生すると考えられる水素脆化の発生基準を水素濃度の観点から明らかにすることを目的としている。水素脆化挙動と局所的な水素濃度分布との関係を評価するため,結晶塑性有限要素解析(CPFEM)と水素拡散シミュレーションを組み合わせたマルチモーダル解析を実施した。その際,試験に用いた試料から作製した3次元(3D)イメージベース多結晶モデルを用いた。加えて,同一試料の破壊挙動をX線トモグラフィーによりその場観察し,水素脆性亀裂の発生点と進展経路を特定した。イメージベースシミュレーションの結果を破壊挙動と直接比較することで,水素脆化挙動に対する水素濃化挙動の影響を評価した。
3Dイメージベースモデルを用い,負荷中の亀裂先端での応力分布および水素の濃化挙動を解析したところ,負荷を10分保持した際,亀裂先端で無負荷時に比べ最大5倍程度水素が濃化することが明らかとなった。3D水素濃度分布および変形によるトラップサイト密度の変化を考慮し,各トラップサイトへの水素分配挙動を3D解析したところ,亀裂先端付近で水素が濃化することで,擬へき開破壊の起点と考えられるMgZn2析出物/アルミニウム界面に分配される水素濃度が最大2倍濃化することを明らかにした。擬へき開亀裂は,MgZn2析出物界面の水素占有率が0.6以上と高く,界面凝集エネルギーが初期に比べ60%以上低下した領域を進展した。そして,水素により界面凝集エネルギーが低下した状態で,その界面に対し垂直な応力が作用することでMgZn2析出物界面が剥離し,これらが連結することで擬へき開亀裂が発生するものと考察した。以上のことから,水素濃化領域でのMgZn2析出物界面への水素分配が,水素脆化の発生の主要因であることが明らかとなった。

Research Progress Status

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

  • Research Products

    (29 results)

All 2022 2021

All Journal Article (2 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 2 results,  Open Access: 1 results) Presentation (27 results) (of which Int'l Joint Research: 8 results)

  • [Journal Article] In-situ 3D observation of hydrogen-assisted particle damage behavior in 7075 Al alloy by synchrotron X-ray tomography2022

    • Author(s)
      Wang Yafei、Toda Hiroyuki、Xu Yuantao、Shimizu Kazuyuki、Hirayama Kyosuke、Fujihara Hiro、Takeuchi Akihisa、Uesugi Masayuki
    • Journal Title

      Acta Materialia

      Volume: 227 Pages: 117658~117658

    • DOI

      10.1016/j.actamat.2022.117658

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Assessment of Hydrogen Accumulation Behavior in Al?Zn?Mg Alloy under Strain with Kelvin Force Microscopy2021

    • Author(s)
      Fujihara Hiro、Toda Hiroyuki、Arita Makoto、Shimizu Kazuyuki、Takeuchi Akihisa、Uesugi Kentaro
    • Journal Title

      MATERIALS TRANSACTIONS

      Volume: 62 Pages: 636~641

    • DOI

      10.2320/matertrans.L-M2020873

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] Al-Zn-Mg合金における水素脆化亀裂発生挙動のマルチモーダル3Dイメージベース解析2022

    • Author(s)
      比嘉良太, 藤原比呂, 戸田裕之
    • Organizer
      日本機械学会 九州支部 九州学生会第53回学生員卒業研究発表講演会
  • [Presentation] 微量添加元素XによるAl-Zn-Mg-X合金の水素脆化防止2022

    • Author(s)
      清水一行, 戸田裕之, 藤原比呂, 平山恭介, 上椙真之, 竹内晃久
    • Organizer
      日本鉄鋼協会第183回春季講演大会
  • [Presentation] 3Dイメージベース解析を用いたAl-Zn-Mg合金の水素脆化挙動評価2022

    • Author(s)
      藤原比呂,戸田裕之,海老原健一, 小林正和
    • Organizer
      日本鉄鋼協会第183回春季講演大会
  • [Presentation] Hydrogen embrittlement prevention in Al-Zn-Mg by Sn addition2022

    • Author(s)
      Bhupendra Sharma, Yafei Wang, Hiro Fujihara, Kazuyuki Simizu, Kyosuke Hirayama, Akihisa Takeuchi, Masayuki Uesugi, Hiroyuki Toda
    • Organizer
      軽金属学会第142回春季講演大会
  • [Presentation] Al-Zn-Mg合金における水素脆化亀裂の結晶学的発生挙動のメタモデル解析2022

    • Author(s)
      山口翔吾, 戸田裕之, 藤原比呂, 平山恭介, 竹内晃久, 上椙真之
    • Organizer
      軽金属学会第142回春季講演大会
  • [Presentation] Al-Zn-Mg合金における水素脆化亀裂発生挙動のマルチモーダル3Dイメージベース解析2022

    • Author(s)
      比嘉良太, 藤原比呂, 戸田裕之, 小林正和, 平山恭介, 清水一行, 海老原健一
    • Organizer
      軽金属学会第142回春季講演大会
  • [Presentation] Al-Mg-Si合金の金属間化合物粒子の水素誘起損傷挙動の3D/4D解析2022

    • Author(s)
      藤原比呂, 田中敦基, 戸田裕之, 平山恭介, 清水一行, 竹内晃久, 上椙真之
    • Organizer
      軽金属学会第142回春季講演大会
  • [Presentation] 7075アルミニウム合金の金属間化合物粒子の水素誘起損傷挙動の統計学的解析2022

    • Author(s)
      福田祐輝, 藤原比呂, 平山恭介, 戸田裕之, 竹内晃久, 上椙真之
    • Organizer
      軽金属学会第142回春季講演大会
  • [Presentation] Al-Zn-Mg-Cu系合金の水素脆化における高温時効の影響2022

    • Author(s)
      小野竜司, 清水一行, 鎌田康寛, 戸田裕之, 藤原比呂, 竹内晃久
    • Organizer
      軽金属学会第142回春季講演大会
  • [Presentation] Al-Mg-Si合金中のブリスターの高温曝露下での成長挙動2022

    • Author(s)
      八重樫祥之, 清水一行, 鎌田康寛, 戸田裕之, 藤原比呂, 竹内晃久
    • Organizer
      軽金属学会第142回春季講演大会
  • [Presentation] Assessment of hydrogen embrittlement behavior in Al-Zn-Mg alloy with multi-modal 3D image-based analysis2022

    • Author(s)
      Hiro Fujihara, Hiroyuki Toda, Kenichi Ebihara, Masakazu Kobayashi, Akihisa Takeuchi, Masayuki Uesugi
    • Organizer
      The 6th International Congress on 3D Materials Science (3DMS)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Influence of hydrogen accumulation behavior under stress on hydrogen embrittlement in Al-Zn-Mg alloy with multi-modal 3D image-based analysis2022

    • Author(s)
      Hiro Fujihara, Hiroyuki Toda, Kenichi Ebihara, Masakazu Kobayashi, Akihisa Takeuchi, Masayuki Uesugi
    • Organizer
      The 18th International Conference on Aluminum Alloys (ICAA 18)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Multi-modal 3D image-based simulation of initiation of hydrogen embrittlement in Al-Zn-Mg alloy2022

    • Author(s)
      Ryota Higa, Hiro Fujihara , Hiroyuki Toda , Kenichi Ebihara, Masakazu Kobayashi, Tsuyoshi Mayama
    • Organizer
      The 18th International Conference on Aluminum Alloys (ICAA 18)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Prevention of hydrogen embrittlement via preferential hydrogen partitioning to particles2022

    • Author(s)
      Kazuyuki Shimizu, Hiroyuki Toda, Hiro Fujihara, Kyosuke Hirayama, Masatake Yamaguchi, Akihisa Takeuchi
    • Organizer
      The 18th International Conference on Aluminum Alloys (ICAA 18)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Effect of high temperature aging on hydrogen embrittlement in 7XXX alloys2022

    • Author(s)
      Ryuji Ono, Kazuyuki Shimizu, Yasuhiro Kamada, Hiroyuki Toda, Hiro Fujihara, Akihisa Takeuchi
    • Organizer
      The 18th International Conference on Aluminum Alloys (ICAA 18)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Improved hydrogen embrittlement resistance by switching age-hardening precipitates in high-strength Al alloys2022

    • Author(s)
      Yafei Wang, Hiroyuki Toda, Yuantao Xu, Bhupendra Sharma, Kazuyuki Shimizu, Hiro Fujihara, Kyosuke Hirayama, Akihisa Takeuchi, Masayuki Uesugi
    • Organizer
      The 18th International Conference on Aluminum Alloys (ICAA 18)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Hydrogen embrittlement suppression in Al-Zn-Mg through Sn addition2022

    • Author(s)
      Bhupendra Sharma, Yafei Wang, Hiro Fujihara, Kazuyuki Shimizu, Yuantao Xu, Kyosuke Hirayama, Akihisa Takeuchi, Masayuki Uesugi, Hiroyuki Toda
    • Organizer
      The 18th International Conference on Aluminum Alloys (ICAA 18)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 2024アルミニウム合金における損傷挙動と粒子・ポア性状の関係の統計学的解析2021

    • Author(s)
      福田祐輝, 戸田裕之, 平山恭介, 藤原比呂, 竹内晃久, 上椙真之
    • Organizer
      軽金属学会第140回春季講演大会
  • [Presentation] 結晶情報を考慮したAl-4%Cu合金の損傷挙動の統計学的解析2021

    • Author(s)
      山口翔吾, 戸田裕之, 平山恭介, 藤原比呂, 竹内晃久, 上椙真之, 小林匠冶
    • Organizer
      軽金属学会第140回春季講演大会
  • [Presentation] Al-Zn-Mg合金の応力下での水素濃化挙動2021

    • Author(s)
      藤原比呂, 戸田裕之, 海老原健一, 小林正和, 竹内晃久, 上椙真之, 安田匠吾
    • Organizer
      軽金属学会第140回春季講演大会
  • [Presentation] 結晶塑性有限要素法と水素拡散解析を組み合わせたAl-Zn-Mg合金の応力下での水素濃化挙動評価2021

    • Author(s)
      藤原比呂, 戸田裕之, 海老原健一, 小林正和, 竹内晃久, 上椙真之, 安田匠吾
    • Organizer
      第6回マルチスケール材料力学シンポジウム
  • [Presentation] 結晶情報を考慮したAl-4%Cu合金の損傷挙動の統計学的解析2021

    • Author(s)
      山口翔吾, 戸田裕之, 平山恭介, 藤原比呂, 小林匠冶, 竹内晃久, 上椙真之
    • Organizer
      2021年度日本金属学会 日本鉄鋼協会 軽金属学会九州支部合同学術講演大会
  • [Presentation] 2024アルミニウム合金における損傷挙動と粒子・ポア性状の関係の統計学的解析2021

    • Author(s)
      福田祐輝, 戸田裕之, 平山恭介, 藤原比呂, 竹内晃久, 上椙真之
    • Organizer
      2021年度日本金属学会 日本鉄鋼協会 軽金属学会九州支部合同学術講演大会
  • [Presentation] 7000系アルミニウム合金の水素脆化挙動とその防止2021

    • Author(s)
      戸田裕之, Yafei Wang, Yuantao Xu, 清水一行, 平山恭介, 藤原比呂, 竹内晃久, 上椙真之
    • Organizer
      軽金属学会第141回秋季講演大会
  • [Presentation] Al-Zn-Mg合金の動的水素分配および水素脆化挙動の評価2021

    • Author(s)
      藤原比呂, 戸田裕之, 海老原健一, 小林正和, 竹内晃久, 上椙真之
    • Organizer
      軽金属学会第141回秋季講演大会
  • [Presentation] Al-Zn-Mg合金の動的水素分配と水素脆化挙動2021

    • Author(s)
      藤原比呂, 戸田裕之, 海老原健一, 小林正和, 竹内晃久, 上椙真之
    • Organizer
      第20回破壊力学シンポジウム
  • [Presentation] Influence of hydrogen accumulation behavior under stress on hydrogen embrittlement in Al-Zn-Mg alloy2021

    • Author(s)
      Hiro Fujihara, Hiroyuki Toda, Kenichi Ebihara, Masakazu Kobayashi, Akihisa Takeuchi, Masayuki Uesugi, Shogo Yasuda
    • Organizer
      Material Research Meeting 2021 (MRM 2021)
    • Int'l Joint Research

URL: 

Published: 2022-12-28  

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