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先進ガスタービン用Ni基超合金とコーティングの高強度高機能化支援システム

研究課題

研究課題/領域番号 10555027
研究種目

基盤研究(B)

配分区分補助金
応募区分展開研究
研究分野 機械材料・材料力学
研究機関東京大学 (1999-2000)
長岡技術科学大学 (1998)

研究代表者

岡崎 正和  東京大学, 大学院・工学系研究科, 助教授 (00134974)

研究分担者 筧 幸次  東京都立大学, 工学部, 助教授 (70185726)
坂根 政男  立命館大学, 理工学部, 教授 (20111130)
北村 隆行  京都大学, 大学院・工学研究科, 教授 (20169882)
山崎 泰広  新潟工科大学, 工学部, 助手 (70291755)
多田 直哉  岡山大学, 工学部, 助教授 (70243053)
研究期間 (年度) 1998 – 2000
研究課題ステータス 完了 (2000年度)
配分額 *注記
12,500千円 (直接経費: 12,500千円)
2000年度: 600千円 (直接経費: 600千円)
1999年度: 2,500千円 (直接経費: 2,500千円)
1998年度: 9,400千円 (直接経費: 9,400千円)
キーワード産業用ガスタービン / 熱疲労 / コーティング材 / 寿命推定法 / モデル化 / 単結晶Ni基超合金 / 一方向凝固材 / 多結晶材 / Ni基超合金 / 単結晶 / 疲労強度
研究概要

本研究では、(i)Ni基超合金単結晶材、一方向凝固材、および、多結晶材を対象として、それらの熱疲労強度、クリープ疲労強度特性の比較等を通じて、それら強度特性のメカニックスとメカニズムの解明、および、熱疲労とクリープ疲労強度特性との類似点、相違点の抽出、(ii)(i)の基材に耐食コーティングを施した場合の熱疲労強度、クリープ疲労強度特性の比較等を通じて、それら強度特性のメカニックスとメカニズムの解明、および、熱疲労とクリープ疲労強度特性との類似点、相違点の抽出(iii)(i),(ii)の特徴をしながら、コーティング材に特有の問題点の抽出、などを通じて、(iv)使用環境や目的に応じたコーティング材の高強度、高機能化を支援する技術を開発することを目的として活動した.その結果、以下のことを明らかにした。
まず、コーティング材の熱疲労について、その特性を一定温度下の高温低サイクル疲労試験だけから予測するには限界があり、熱疲労試験そのものが不可欠であることが明らかとなった。すなわち、従来の見解を踏襲すれば、「in-phase条件下における熱疲労の寿命≒熱疲労試験の最高温度条件における高温低サイクル疲労寿命」であり、一方、「out-of-phase条件下における熱疲労の寿命≒熱疲労試験の平均温度条件におけるLCF寿命」と近似できることになるが、本共同研究により、上述の見解をそのまま適用した場合に、条件次第によって危険側の予測さえもを与えかねないことが明らかとなった。また、一定温度の高温低サイクル疲労強度がコーティングを施すことにより向上したのに対し、熱疲労においてはそれと同様の傾向を示さなかったこと、そして、また、熱疲労破壊においては最高温度のみならず最低温度(極言すれば全ての温度)条件における特性も大きな意味を持つことも実験的に確かめられた。
また、コーティング材の特性評価に関して、基材単体に関する知見の延長線上からではなく、やはりコーティング材そのものを用いた特性評価の重要性も明らかとなった。コーティング材の各種高温強度特性が、基材単体のそれらとは必ずしも同一の傾向で変化しなかったことがその具体的な現れである。これはまた,コーティング部材の強度が被膜と基材との『相互作用』ともいうべき現象によって支配されていることを示すものである.
さらに、Ni基超合金という基材に特有の幾つかの特徴も実験的に明らかとなった。例えば、非弾性ひずみ範囲など従来材と類似のパラメータを指標として各種実験条件下の寿命特性を検討すると、基材による寿命の相違を明確に把握できなくなる傾向が見られることが確かめられた。このような状況はエネルギー的な概念を援用したOstegren流の取り扱いにおいても同様であり、むしろ、高サイクル疲労の検討の際に用いられてきた応力をベースにした方が理解しやすいことも確認された。以上のような特徴が、この種の合金に特徴的な変形挙動や構成式によるものであることを非弾性破壊力学的に示した。

報告書

(4件)
  • 2000 実績報告書   研究成果報告書概要
  • 1999 実績報告書
  • 1998 実績報告書
  • 研究成果

    (42件)

すべて その他

すべて 文献書誌 (42件)

  • [文献書誌] 岡崎正和,日浦智之,鈴木俊夫: "予損傷を受けた単結晶Ni基超合金におけるセル状変質域生成と高温疲労強度への影響"材料. 50. 94-100 (2001)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
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      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 山崎泰広,岡崎正和: "Ni基ODS合金/鋳造Ni基超合金接合体の製作と高温疲労強度"材料. 20. 144-150 (2001)

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      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 多田直哉,大谷隆一,柴田昌宜,小林智光: "Ni基単結晶超合金CMSX-10の高温疲労における破壊プロセスの解明と表面酸化層除去のき裂発生に及ぼす効果"材料. 50. 129-136 (2001)

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  • [文献書誌] Masakazu OKAZAKI,: "Collaborative Research on Themo-Mechanical and Isothermal Low-Cycle Fatigue Strength of Ni-Base Superalloys and the Protective Coatings at Elevated Temperatures in Japan."Int.Conf.Creep and Fatigue,. (発表予定). (2001)

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  • [文献書誌] Masakazu OKAZAKI,: "Themo-Mechanical and Isothermal Low-Cycle Fatigue Strength of Ni-Base Superalloys and Protective Coatings at Elevated Temperatures.""Fourth Symp.on Thermo-Mechanical Fatigue Behavior of Materials,. (2001)

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  • [文献書誌] M.Okazaki,T.Hiura: "EFFECT OF LOCAL CELLULAR TRANSFORMATION ON FATIGUE SMALL CRACK GROWTH IN CMSX-4 AND CMSX-2 AT HIGH TEMPERATURE.-For Refurbishment Technology-"Superalloy 2000. 505-515 (2000)

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      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] K.Kakehi:: "Effect of Plastic Anisotropy on Creep Strengths of Single Crystals of a Ni-Base Superalloy,"Metall.and Mater.Trans.. 31. 421-430 (2000)

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  • [文献書誌] "Creep-Fatigue Small Crack Propagation of a Single Crystal Ni-Base Superalloy-Microstructural and Environmental Effect-:"Int.J.Fatigue,. 21. 79-86 (2000)

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  • [文献書誌] K.Kakehi:: "Effect of Plastic Anisotropy on Tensile Strength of Single Crystals of a Ni-Base Superalloy,"Scripta Materialia,. 27842. 197-201 (2000)

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  • [文献書誌] K.Kakehi:: "Effect of Primary and Secondary Precipitates on Creep Strength of Ni-base Superalloy Single Crystals,"Materials Science and Engineering A. A278. 135-141 (2000)

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  • [文献書誌] 磯部展宏,桜井茂雄: "耐熱超合金の高温低サイクル疲労き裂進展における平均応力と酸化支配型圧縮ひずみ保持効果"日本機械学会論文集,. 61. 71-77 (2000)

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  • [文献書誌] Kameda,T.E.Bloomer and S.Sakurai,: "Oxidation/Carbonization/Nitrization and In-Service Mechanical Property Degradation of CoCrAlY Coatings in Land-Based Gas Turbine Baldes","J.Thermal Spray,. 8. 40-49 (2000)

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  • [文献書誌] 岡崎正和: "ガスタービン用Ni基超合金耐食コーティング材の熱機械的疲労強度と寿命推定"まてりあ. (印刷中).

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  • [文献書誌] Masakazu OKAZAKI,M.Okamoto and Y.Harada: "Fatigue Interface Crack Propagation in Ni-Base Superalloy Protective Coatings"Fatigue of Engineering Materials and Structures,. (in-press).

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  • [文献書誌] Masakazu OKAZAKI,M.Okamoto and Y.Harada: "Evaluation of Adhesive Strength of Coating Film on Ni-Base Superalloy For Gas Turbine."Thermal Spray 2000. 635-644 (2000)

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      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Masakazu Okazaki: "High Temperature Strength of Ni-base Superalloy Coatings."Science and Technology of Advanced Materials. 4(in-press). (2001)

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      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] M.Okazaki and T.Hiura: "Effect of Previous Damage and Local Recrystallization on High Cycle Fatigue Strength of a Single Crystal Ni-Base Superalloy (In Japanese)."J.Soc.Mater.Sci., Japan. 50. 94-100 (2001)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
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      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Y.Tada, R.Ohtani, N.Shibata, and T.Kobayashi: "Effect of oxidation Film on High Temperature Fatigue Failure of CMSX-10 (In Japanese)."J.Soc.Mater.Sci., Japan. 50. 129-136 (2001)

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      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] M.Okazaki: "Thermo-Mechanical Fatigue Strength of Ni-base Superalloy Prptective Coatings (In Japanese)."J.Inst.Metal. (in press). (2001)

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      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Y.Yamazaki and M.Okazaki: "Diffusion Bonding between ODS/Superalloy and Fatigue Strength (In Japanese)."J.Soc.Mater.Sci., Japan. 50. 144-150 (2001)

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      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Masakazu OKAZAKI, M.Okamoto and Y.Harada: "Fatigue Interface Crack Propagation in Ni-Base Superalloy Protective Coatings."Fatigue of Engineering Materials and Structures. (in-press). (2001)

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      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Masakazu OKAZAKI: "Themo-Mechanical and Isothermal Low-Cycle Fatigue Strength of Ni-Base Superalloys and Protective Coatings at Elevated Temperatures."Fourth Symp. on Thermo-Mechanical Fatigue Behavior of Materials, ASTM. (to be appear). (2001)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] M.Okazaki and T.Hiura: "EFFECT OF LOCAL CELLULAR TRANSFORMATION ON FATIGUE SMALL CRACK GROWTH IN CMSX-4 AND CMSX-2 AT HIGH TEMPERATURE.- For Refurbishment Technology -"Superalloy. 2000. 505-515 (2000)

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      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Masakazu OKAZAKI, M.Okamoto and Y.Harada: "Evaluation of Adhesive Strength of Coating Film on Ni-Base Superalloy For Gas Turbine."Thermal Spray. 2000. 635-643 (2000)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] M.Okazaki, and Y.Yamazaki: "Creep-Fatigue Small Crack Propagation of a Single Crystal Ni-Base Superalloy -Microstructural and Environmental Effect- :"Int.J.Fatigue. Vol.21. 79-86 (2000)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] K.Kakehi: "Effect of Primary and Secondary Precipitates on Creep Strength of Ni-base Superalloy Single Crystals."Materials Science and Engineering A. A278. 135-141 (2000)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
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      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] K.Kakehi: "Effect of Plastic Anisotropy on Creep Strengths of Single Crystals of a Ni-Base Superalloy"Metall. and Mater.Trans.A. 31A. 421-430 (2000)

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      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] N.Isobe and S,Sakurai: "Effect of Mean Stress and Compressive Strain Hold on Low Cycle fatigue Crack Propagation at High Temperature.(In Japanese)."Trans.JSME. A-6. 71 (2000)

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      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Kameda, T.E.Bloomer and S.Sakurai: "Oxidation/Carbonization/Nitrization and In-Service Mechanical Property Degradation of CoCrAlY Coatings in Land-Based Gas Turbine Baldes""J.Thermal Spray, ASM. 8. 40 (2000)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
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      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Masakazu Okazaki: "High Temperature Strength of Ni-base Superalloy Coatings."Science and Technologyt of Advanced Materials, 4. (in-press). (2001)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Masakazu OKAZAKI: "Collaborative Research on Themo-Mechanical and Isothermal Low-Cycle Fatigue Strength of Ni-Base Superalloys and the Protective Coatings at Elevated Temperatures in Japan."Int.Conf.Creep and Fatigue. (発表予定). (2001)

    • 関連する報告書
      2000 実績報告書
  • [文献書誌] Masakazu OKAZAKI: "Themo-Mechanical and Isothermal Low-Cycle Fatigue Strength of Ni-Base Superalloys and Protective Coatings at Elevated Temperatures."Thermo-Mechanical Fatigue Behavior of Materlals, ASTM. (発表予定). (2001)

    • 関連する報告書
      2000 実績報告書
  • [文献書誌] M.Okazaki: "Evaluation of Adhesive Strength of Coating Film on Ni-Base Superalloy For Gas Turbine."Proc.Int.Thermal Spray Conference, Montreal,. 635-643 (2000)

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      2000 実績報告書
  • [文献書誌] 多田直哉,大谷隆一,柴田昌宜,小林智光: "Ni基単結晶超合金CMSX-10の高温疲労における破壊プロセスの解明と表面酸化層除去のき裂発生に及ぼす効果"材料. 50. 129-136 (2001)

    • 関連する報告書
      2000 実績報告書
  • [文献書誌] K.Kakehi: "Effect of Primary and Secondary Precipitates on Creep Strength of Ni-base Superalloy Single Crystals,"Materials Science & Engineering. A278. 135-141 (2000)

    • 関連する報告書
      2000 実績報告書
  • [文献書誌] 山崎泰広,岡崎正和: "Ni基ODS合金/鋳造Ni基超合金接合体の製作と高温疲労強度"材料. 50. 144-150 (2001)

    • 関連する報告書
      2000 実績報告書
  • [文献書誌] 岡崎正和: "Ni基超合金IN738LC耐食コーティング材の疲労強度推定法の検討"材料. 48. 181-188 (1999)

    • 関連する報告書
      1999 実績報告書
  • [文献書誌] Masakazu OKAZAKI: "High-Cycle Fatigue Failure Modeling and The Endurance Predicion of Ni-Base Superalloy Protective Coatings"Proc. Int. Gas Turbine Congress. 983-988 (1999)

    • 関連する報告書
      1999 実績報告書
  • [文献書誌] 岡崎正和: "Ni基超合金IN738LC耐食コーティング材の疲労強度推定法の検討"日本材料学会第49期学術講演会. (発表予定). (2000)

    • 関連する報告書
      1999 実績報告書
  • [文献書誌] 岡崎正和: "ガスタービン用耐食コーティング皮膜の密着強度評価手法の一提案"日本機械学会総会講演会前刷. 99-1. 121-122 (1999)

    • 関連する報告書
      1999 実績報告書
  • [文献書誌] Masakazu OKAZAKI: "Evaluation of Adhesive Strength of Coating Film on Ni-Base Superalloy For Gas Turbine"Proc. Int. Thermal Spray Conf.. (発表予定). (2000)

    • 関連する報告書
      1999 実績報告書
  • [文献書誌] 岡崎正和: "Ni基超合金IN738LC耐食コーティング材の疲労強度推定法の検討" 材料. 48巻. 181-188. (1999)

    • 関連する報告書
      1998 実績報告書

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公開日: 1998-04-01   更新日: 2016-04-21  

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