2012 Fiscal Year Research-status Report
単結晶内部の延性損傷進展挙動に関する放射光白色Ｘ線による研究
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24560083
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Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Research Institution | Kitami Institute of Technology |
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Principal Investigator |
柴野 純一 北見工業大学, 工学部, 教授 (60206141)
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| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | 単結晶 / 延性損傷 / 転位密度 / プロファイル解析 / 装置関数 / 白色Ｘ線 / 放射光 |
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| Research Abstract |
き裂の急激な進展は材料の破壊をもたらすため、その発生・進展を非破壊で高精度に推定・評価する手法の開発が産業界から強く望まれている。多結晶材料内部のき裂先端は局所的には１つの結晶粒に達したのち、その結晶粒内部に進展するか結晶粒界を伝播するかは、き裂先端近傍の応力場と結晶方位との関係も決定要因の１つとなることが推測される。したがって、結晶方位とき裂進展の関係を明らかにすることが重要であり、そのためには単結晶レベルでの延性損傷進展に関する基礎的検証が重要となる。
そこで本研究では、平成２４年度に大型放射光施設SPring-8に設置された共用ビームラインBL28B2において、白色X線を用いたアルミニウム単結晶の延性破壊進展挙動の検証を行った。負荷方向に対して[110]方位が45°の傾きを有するアルミニウム単結晶（純度約99.9999％）を用いて片側ノッチを有する試験片を作製し、引張り試験により塑性変形させながらノッチ中心から斜め45°の方向に沿って白色Ｘ線で測定した。塑性変形が進むにつれて亜結晶粒の生成とその微小な回転が推測された。そこで、２次元検出器であるフラットパネルを用いて亜結晶粒の回転を測定点ごとに追跡し、結晶方位を定めたのち０次元検出器である半導体検出器SSDで透過回折Ｘ線を測定した。回折X線プロファイルから延性損傷の進展を検討するためVoigt関数でプロファイルフィッティングを行った。プロファイル解析で得られた積分幅ガウス成分から不均一ひずみや転位密度を算出し延性損傷進展挙動を検討した。その際、真の積分幅ガウス成分を得るために、装置関数の影響を除去する新たな方法を提案した。解析の結果、転位密度は材料の延性損傷が進むことで全体に増加したが、ノッチ近傍では相対的に低いことが明らかとなった。延性損傷進展によるひずみエネルギーの解放の影響が考えられた。
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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
平成２４年度は白色X線を用いた単結晶回折Ｘ線プロファイル延性損傷解析システムの構築を目的とした。０次元検出器として半導体検出器SSDを利用した弾性域および塑性域における単結晶透過回折白色Ｘ線の測定およびプロファイル解析についてはほぼ構築することができた。２次元検出器としてフラットパネルセンサを用いた塑性域における単結晶透過回折白色Ｘ線の測定についても実施できた。しかし、２次元検出器による延性損傷解析については、得られた透過回折Ｘ線プロファイルの分解能がSSDに比べて低く、プロファイル解析による転位密度、不均一ひずみなどの正確な評価は難しいと判断した。ただ、亜結晶粒の回転の追跡には極めて有効であり、測定ごとに結晶方位をフラットパネルセンサで定め回折Ｘ線プロファイルをSSDで測定することで、精度の安定した延性損傷解析が可能となった。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成２４年度の成果を基に、２次元検出器と０次元検出器を併用し、塑性変形に伴う単結晶内部の延性損傷評価を以下の手順で行う。
１）平成24年度と結晶方位の異なるアルミニウム単結晶試験片を作製する。２）引張試験片平行部の片側（or両側）に放電加工による微小ノッチを導入する。３）弾性域、塑性域の各段階で負荷を停止し、延性損傷の起点になると思われるノッチ近傍に放射光白色Ｘ線を照射、透過回折Ｘ線の測定を繰り返す。４）開発した解析手法を用いて、亜結晶粒の生成、結晶方位の回転、転位密度、不均一ひずみなどを評価する。荷重の正負が延性損傷進展に及ぼす影響を検討するため、SPring-8での実験時間が確保できた場合は圧縮負荷における単結晶試験片の延性損傷評価も実施する。
研究成果をまとめ、１）放射光白色X線を用いた単結晶延性損傷解析システムの提案、２）白色Ｘ線による単結晶内部の延性損傷評価手法の提案、３）負荷方向及び結晶方位が異なる単結晶の延性損傷進展挙動の解明に関する成果の公表を行い、結晶内部の延性損傷進展挙動に関する放射光白色Ｘ線による実験・解析手法の確立を図る。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
該当なし
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