2014 Fiscal Year Research-status Report
高ひずみ速度下における疲労強度評価技術に関する研究
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26820016
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| Research Institution | Japan Atomic Energy Agency |
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Principal Investigator |
直江 崇 独立行政法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門J-PARCセンター物質生命科学ディビジョン中性子源セクション, 研究員 (00469826)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 超高サイクル疲労 / 熱弾性効果 / き裂検出 / 非破壊検査 / 超音波疲労試験 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
研究代表者らが開発を進めるパルス中性子源では，高速度負荷条件下における疲労損傷が機器の寿命を支配する．本研究では，高ひずみ速度の繰り返し負荷に対する耐久性評価とその診断技術の開発を最終目的とし，パルス中性子源構造材であるオーステナイト系ステンレス鋼に対して，高ひずみ速度且つ超高サイクルの疲労試験を実施し，通常の疲労との比較考察を行うと共に，疲労過程で生じるであろう微小亀裂から主亀裂に移行する過程を熱弾性法とレーザー超音波の融合技術から非破壊的に捕らえる方法を提案する．
初年度である26年度は，装置の整備と基礎データの取得を中心に実施した．これまでの予備試験により熱弾性効果により破断直前に亀裂周囲の温度が急激に上昇することを放射温度計により確認している．今年度は，試験片の温度分布を2次元的且つ連続的に計測することを目的として，赤外線サーモグラフィを付加した．装置の整備と並行して，既設の超音波疲労試験機を用いてパルス核破砕中性子源ターゲット，及び加速器駆動核変換炉の鉛ビスマスターゲットの容器構造材として使用されるSUS316Lを用いて高ひずみ速度(～10＾2 s＾－1)での疲労試験を開始した．また，陽子，中性子による脆化が，高ひずみ速度負荷の耐久性に及ぼす影響について明らかにするために，照射による転位導入を模擬した冷間圧延材を用いた超音波疲労試験を開始した．初年度は，圧延率を変えた試験片を製作し，加工度と疲労強度との相関を調べた．その結果，溶体化処理材では，通常の疲労結果と比較して，ひずみ速度の差に起因する疲労強度の増加が確認された．また，疲労強度は加工度の増加に伴い増加する傾向が見られた．さらに，いずれの試験片においても繰返し数10＾9回までの試験では，明確な疲労限度が確認されなかった．
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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
超高サイクルの疲労試験を行う中で，繰返し負荷による力学特性変化について，疲労試験後の微小き裂を有する試験片の残強度測定，及び断面の硬度測定により，溶体化処理材では繰返し数の増加に伴う硬度及び残強度の増加が確認された．一方，照射による転位導入を模擬した冷間圧延材では，10＾6回までは繰返し数の増加に伴う軟化が観測された後，溶体化処理材と同様な繰返し硬化が確認された．これは転位密度の変化に起因するものと考えられる．今後，中性子による転位密度の定量評価を計画している．
一方，熱弾性効果については，試験条件と破断直前の温度上昇との相関について，亀裂長さの観点から考察を進めているところである．
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| Strategy for Future Research Activity |
破断直前のき裂周囲の温度分布の計測を進めると共に，き裂を検出するためのシステムの構築に着手する．また，温度分布の計測や，き裂の検出が容易に実施できるように，試験片形状を丸棒から板状に変更する．一方，米国の核破砕中性子源では，溶接部での疲労き裂に起因すると考えられるリークが発生したことを受けて，平成27年度は溶接部の超高サイクル疲労挙動を調査するための疲労試験に着手する予定である．
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| Causes of Carryover |
試験片形状の選定が難航し，初年度に整備する予定であった試験片の変位計測装置の整備が遅れたため．
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
当初予定していた冷間圧延材の疲労試験片の製作に加えて，試験片変位計測装置の整備として，FFTアナライザーの購入，平板試験片及び溶接試験片の製作を予定している．
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