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先進単結晶Ni基超合金動翼の空冷孔を起点とする破壊とシュラウドにおける損傷

研究課題

研究課題/領域番号 16560613
研究種目

基盤研究(C)

配分区分補助金
応募区分一般
研究分野 構造・機能材料
研究機関首都大学東京 (2005)
東京都立科学技術大学 (2004)

研究代表者

筧 幸次  首都大学東京, 都市教養学部, 助教授 (70185726)

研究期間 (年度) 2004 – 2005
研究課題ステータス 完了 (2005年度)
配分額 *注記
3,800千円 (直接経費: 3,800千円)
2005年度: 800千円 (直接経費: 800千円)
2004年度: 3,000千円 (直接経費: 3,000千円)
キーワードNi基超合金 / 単結晶 / ガスタービン / クリープ / 空冷流路 / 変形双晶 / 異方性 / 動翼 / 圧縮強度 / 曲げ強度 / 空冷孔 / シュラウド
研究概要

ガスタービン入り口温度は1500℃に達し,タービン翼材であるNi基超合金の融点1350℃を超えており,精巧な空冷システムは不可欠である.平成15年10月に北大で行われた金属学会秋期大会の材料戦略セッションにおいて,全日空の杉浦氏より,タービン翼の空冷流路を起点とするき裂進展により動翼が破壊するという衝撃的な事例が報告された.本研究ではその破壊メカニズムを明かにするとともに,先進単結晶超合金におけるこの破壊のリスクを検証する.また,大手ガスタービンメーカの技術者から,シュラウドと呼ばれる部位には曲げ応力が加わるが,単結晶翼ではデータが少ないため数式化のための基礎的研究が必要とのアドバイスを得た.そこで,本研究では,これまでの研究成果,即ち,先進単結晶超合金における低温でのクリープ強度低下および単結晶固有の塑性異方性の観点から,従来の研究の盲点となっている,空冷孔を起点とするき裂進展とシュラウドの曲げ変形に関して体系的に研究を行うことを目的とした結果下記のような知見を得た.
1 強度試験
供試合金を用いて,航空機の離陸時においてガスタービン動翼の空冷流路付近に負荷される低温高応力下,即ち750℃,500〜750MPaでクリープ試験を行った.さらに,低温高応力部位の周囲まで考慮して,900℃,392MPaで試験を行った.単結晶Ni基超合金にはクリープ強度の顕著な引張/圧縮異方性が存在する.空冷孔付近は,熱応力により圧縮応力も負荷される.また,曲げ変形においては,試験片上下面においてそれぞれ圧縮応力と引張応力が同時に負荷される.こうしたことから,合金の圧縮クリープ強度を知ることは重要である試験条件は引張クリープ試験条件に準じた条件で行った.その結果,先進合金では圧縮クリープ強度が引張クリープよりも低いために圧縮応力保持を伴うような低サイクル疲労および熱疲労強度が低下することを見出した.
2 透過型電子顕微鏡観察
これまで,一般的に単結晶Ni基超合金における降伏後の引張/圧縮異方性は転位の交差すべりモデルにより説明されていたが,高分解能透過型電子顕微鏡を用いて,変形双晶形成の異方性に基づくことを世界に先駆けて見出し,その結果を"Scripta Materialia"に投稿し受理された.

報告書

(3件)
  • 2005 実績報告書   研究成果報告書概要
  • 2004 実績報告書
  • 研究成果

    (30件)

すべて 2006 2005 2004

すべて 雑誌論文 (30件)

  • [雑誌論文] Tension/Compression Asymmetry in Yield and Creep Strengths of Ni-Based Superalloy with High Amount of Tantalum2006

    • 著者名/発表者名
      Masaki Yamashita^*, Koji Kakehi
    • 雑誌名

      Scripta Materialia Vol.55

      ページ: 139-142

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Tension / Compression Asymmetry in Yield and Creep Strengths of Ni-Based Superalloy with High Amount of Tantalum2006

    • 著者名/発表者名
      Masaki Yamashita, Koji Kakehi
    • 雑誌名

      Scripta Materialia 55

      ページ: 139-142

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Tension/Compression Asymmetry in Yield and Creep Strengths of Ni-Based Superalloy with High Amount of Tantalum2006

    • 著者名/発表者名
      Nasaki Yamashita^*, Koji Kakehi
    • 雑誌名

      Scripta Materialia (in press)

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] 単結晶Ni基超合金のクリープ強度における引張/圧縮異方性2006

    • 著者名/発表者名
      津野展康, 山下真輝, 筧 幸次
    • 雑誌名

      日本金属学会講演概要 138回

      ページ: 476-476

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] 耐熱チタン合金の高温強度特性に関する研究2006

    • 著者名/発表者名
      橋本隆史, 磯田康二, 筧 幸次
    • 雑誌名

      日本鉄鋼協会講演論文集,材料とプロセス Vol.19,No.3

      ページ: 610-610

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] 単結晶Ni基超合金の結晶塑性異方性と機械的特性2005

    • 著者名/発表者名
      筧幸次
    • 雑誌名

      金属,アグネ Vol.75 No.7

      ページ: 21-28

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2005 実績報告書 2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Ni 基鍛造合金 U720Li の機械的特性におよぼすミクロ組織の影響2005

    • 著者名/発表者名
      大里翼, 坪井悠介, 筧幸次
    • 雑誌名

      日本学術振興会耐熱金属材料123委員会研究報告 Vol.46,No.2

      ページ: 139-139

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] U720Liの引張/圧縮強度におよぼす熱処理条件の影響2005

    • 著者名/発表者名
      坪井悠介, 筧幸次
    • 雑誌名

      日本金属学会誌 Vol.69, No.2

      ページ: 202-205

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要 2004 実績報告書
  • [雑誌論文] CMSX4のクリープ強度におよぼす時効熱処理の影響2005

    • 著者名/発表者名
      筧幸次, 高橋智
    • 雑誌名

      材料 Vol.54 No.2

      ページ: 136-142

    • NAID

      110006266461

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要 2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Influence of Plastic Anisotropy on Strengths of Nickel-Based Superalloy Single Crystals2005

    • 雑誌名

      Kinzoku Vol.75,No.6

      ページ: 21-28

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Effect of Heat treatment on Tension/Compression Strengths in U720li2005

    • 著者名/発表者名
      Yusuke Tuboi, Koji Kakehi
    • 雑誌名

      J.Japan Inst.Metals Vol.69,No.2

      ページ: 202-205

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Measuring Young's modulus of Ni-based superalloy single crystals at elevated temperatures through microindentation2005

    • 著者名/発表者名
      H.Takagi, M.Fujiwara, K.Kakehi
    • 雑誌名

      J.of the Society of Material Science, Japan Vol.54,No.2

      ページ: 136-142

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Ni基鍛造合金U720Liの機械的特性におよぼすミクロ組織の影響2005

    • 著者名/発表者名
      大里翼, 坪井悠介, 筧幸次
    • 雑誌名

      日本学術振興会耐熱金属材料123委員会研究報告 Vol.46,No.2

      ページ: 139-139

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] 単結晶Ni基超合金の低温高応力クリープ挙動に及ぼす塑性異方性の影響2005

    • 著者名/発表者名
      小薮豪通, 筧幸次
    • 雑誌名

      日本金属学会講演概要 137回

      ページ: 175-175

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] 単結晶Ni基超合金のクリープにおけるひずみ軟化2004

    • 著者名/発表者名
      筧幸次, 高橋智
    • 雑誌名

      日本金属学会誌 Vol.68 No.8

      ページ: 661-614

    • NAID

      10013466443

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Measuring Young's modules of Ni-based superalloy single crystals at elevated temperatures through microindentation2004

    • 著者名/発表者名
      H.Takagi, M.Fujiwara, K.Kakehi
    • 雑誌名

      Materials Science and Engineering A, Elsevier Science A387-389

      ページ: 348-351

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] The Transition from Primary to Secondary Creep2004

    • 著者名/発表者名
      G.L.Drew, R.C.Reed, K.Kakehi, C.M.F.Rae
    • 雑誌名

      SUPERALLOYS2004, 米国 The Minerals, Metals & Materials Society

      ページ: 127-136

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] A Study on Bending Deformation Behavior of Ni-Based DS and SC Superalloys2004

    • 著者名/発表者名
      H.Tamaki, K.Fujita, A.Okayama, N.Matsuda, A.Yoshinari, K.Kakehi
    • 雑誌名

      SUPERALLOYS2004, 米国 The Minerals, Metals & Materials Society

      ページ: 145-154

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] 単結晶Ni基超合金のクリープにおけるひずみ軟化2004

    • 著者名/発表者名
      筧幸次, 高橋智
    • 雑誌名

      日本金属学会誌, 62巻

      ページ: 611-614

    • NAID

      10013466443

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Influence of Primary and Secondary Crystallographic Orientations on Strength of Nickel-Based Superalloy Single Crystals2004

    • 著者名/発表者名
      K.Kakehi
    • 雑誌名

      Materials Transactions Vol.45 No.6

      ページ: 1824-1828

    • NAID

      10013135850

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Strain Softening in Creep Deformation of Single Crystal Ni Based Superalloy2004

    • 著者名/発表者名
      Koji Kakehi, Satoshi Takahashi
    • 雑誌名

      Materials Science and Engineering A, Elsevier Science A387-389

      ページ: 348-351

    • NAID

      10013466443

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Influence of Heat treatment on Creep Strength of CMSX42004

    • 著者名/発表者名
      Koji Kakehi, Satoshi Takahashi
    • 雑誌名

      J.Japan Inst.Metals Vol.68,No.8

      ページ: 611-614

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] The Transition from Primary to Secondary Creep2004

    • 著者名/発表者名
      GL.Drew, R.C.Reed, K.Kakehi, C.M.F.Rae
    • 雑誌名

      SUPERALLOYS 2004, The Minerals, Metals & Materials Society

      ページ: 127-136

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] A Study on Bending Deformation Behavior of Ni-Based DS and SC Superalloys2004

    • 著者名/発表者名
      H.Tamaki, K.Fujita, A.Okayama, N.Matsuda, A.Yoshinari, K.Kakehi
    • 雑誌名

      SUPERALLOYS 2004, The Minerals, Metals & Materials Society

      ページ: 145-154

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Influence of Primary and Secondary Crystallographic Orientations on Strengths of Nickel-Based Superalloy Single Crystals2004

    • 著者名/発表者名
      K.Kakehi
    • 雑誌名

      Materials Tansactions Vol.45,No.6

      ページ: 1824-1828

    • NAID

      10013135850

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Measuring Young's modulus of Ni-based superalloy single crystals at elevated temperatures through microindentation2004

    • 著者名/発表者名
      H.Takagi, M.Fujiwara, K.Kakehi
    • 雑誌名

      Materials Science and Engineering A, Elsevier Science A387-389

      ページ: 348-351

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] The Transition from Primary to Secondary Creep2004

    • 著者名/発表者名
      G.L.Drew, R.C.Reed, K.Kakehi, C.M.F.Rae
    • 雑誌名

      SUPERALLOYS2004, 米国The Minerals, Metals & Materials Society

      ページ: 127-136

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] A Study on Bending Deformation Behavior of Ni-Based DS and SC Superalloys2004

    • 著者名/発表者名
      H.Tamaki, K.Fujita, A.Okayama, N.Matsuda, A.Yoshinari, K.Kakehi
    • 雑誌名

      SUPERALLOYS2004, 米国The Minerals, Metals & Materials Society

      ページ: 145-154

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] 単結晶Ni基超合金のクリープにおけるひずみ軟化2004

    • 著者名/発表者名
      筧幸次, 高橋智
    • 雑誌名

      日本金属学会誌 62巻

      ページ: 611-614

    • NAID

      10013466443

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Influence of Primary and Secondary Crystallographic Orientations on Strengths of Nickel-Based Superalloy Single Crystals2004

    • 著者名/発表者名
      K.Kakehi
    • 雑誌名

      Materials Transactions Vol.45 No.6

      ページ: 1824-1828

    • NAID

      10013135850

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書

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公開日: 2004-04-01   更新日: 2016-04-21  

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