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チタン合金の超高サイクル疲労および下限界疲労き裂伝ぱ特性の解明

研究課題

研究課題/領域番号 19F19730
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分外国
審査区分 小区分18010:材料力学および機械材料関連
研究機関九州大学

研究代表者

陳 強  九州大学, 工学研究院, 教授 (30264451)

研究分担者 YANG KUN  九州大学, 工学(系)研究科(研究院), 外国人特別研究員
研究期間 (年度) 2019-07-24 – 2021-03-31
研究課題ステータス 完了 (2020年度)
配分額 *注記
2,300千円 (直接経費: 2,300千円)
2020年度: 1,100千円 (直接経費: 1,100千円)
2019年度: 1,200千円 (直接経費: 1,200千円)
キーワードTitanium Alloy / Ultra-High Cycle Fatigue / Crack Initiation / Crack Growth / Bimodal Structure / Fatigue / Titanium Alloys / Bimodal Microstructure / Ultrasonic Fatigue
研究開始時の研究の概要

In the current research, we will investigate very high cycle fatigue strength and fracture mechanism of Titanium alloys that have found increasing structural applications to secure reliability design and ultra-long fatigue lives. The initiation mechanism and ultra-slow crack growth behavior will be deeply studied.

研究実績の概要

In ultra-high cycle fatigue failure, ultra-slow crack growth of small cracks has great contribution to fatigue life. Micron-sized notches were prefabricated on the specimen surface by focused ion beam (FIB) technology. Ultrasonic fatigue tests (20 kHz) were suspended at specific life intervals and field emission scanning electron microscope (SEM) was used to carefully observe the fatigue crack growth behavior at end of the notches. Two types of bimodal microstructures and different cyclic stress amplitudes were employed to investigate the ultra-slow crack growth behavior of the alloys. The path of small fatigue cracks is relatively straight at the primary alpha grain, whilst it is more tortuous at the colony. The colony has a higher resistant to the growth of small fatigue cracks than the primary alpha grain in the bimodal microstructure. If small fatigue cracks pass through very few colonies, fatigue crack growth rate will be higher, even if a lower cyclic stress was applied. Owing to the difference in local microstructure characteristics, the growth rate data of small fatigue cracks show obvious dispersity. The higher volume fraction of colonies should be beneficial to improve the growth resistance of small fatigue cracks. In addition, we also found that deformation twins that were induced by the laser shock peening, can retard the growth of small fatigue cracks. These results may provide insightful ideas for the anti-fatigue microstructure design of titanium alloys.

現在までの達成度 (段落)

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2020 実績報告書
  • 2019 実績報告書
  • 研究成果

    (7件)

すべて 2021 2020 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (4件) (うち国際共著 4件、 査読あり 4件) 学会発表 (1件) (うち国際学会 1件、 招待講演 1件)

  • [国際共同研究] Sichuan university/Chengdu university(中国)

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [国際共同研究] Sichuan University/Chengdu University/Shanghai Jiao Tong University(中国)

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [雑誌論文] Vacuum retarding and air accelerating effect on the high-cycle and very-high-cycle fatigue behavior of a ZK60 magnesium alloy2021

    • 著者名/発表者名
      Liu Yongjie、Chen Yao、He Chao、Liu Fulin、Yang Kun、Li Lang、Zhang Hong、Wang Chong、Wang Qingyuan
    • 雑誌名

      Materials & Design

      巻: 198 ページ: 109310-109310

    • DOI

      10.1016/j.matdes.2020.109310

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Enhanced extra-long life fatigue resistance of a bimodal titanium alloy by laser shock peening2020

    • 著者名/発表者名
      Yang Kun、Huang Qi、Zhong Bin、Wang Qingyuan、Chen Qiang、Chen Yao、Su Ning、Liu Hanqing
    • 雑誌名

      International Journal of Fatigue

      巻: 141 ページ: 105868-105868

    • DOI

      10.1016/j.ijfatigue.2020.105868

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Competing crack initiation behaviors of a laser additively manufactured nickel-based superalloy in high and very high cycle fatigue regimes2020

    • 著者名/発表者名
      Yang Kun、Huang Qi、Wang Qingyuan、Chen Qiang
    • 雑誌名

      International Journal of Fatigue

      巻: 136 ページ: 105580-105580

    • DOI

      10.1016/j.ijfatigue.2020.105580

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Microstructure evolution difference in Mg96.5Gd2.5Zn1 alloys extruded from as-cast and solution-treated states2020

    • 著者名/発表者名
      Su Ning、Wu Yujuan、Zhang Yu、Cheng Xiaowei、Peng Liming、Yang Kun、Chen Qiang
    • 雑誌名

      Journal of Materials Processing Technology

      巻: 282 ページ: 116666-116666

    • DOI

      10.1016/j.jmatprotec.2020.116666

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] Ultra-high cycle fatigue crack initiation and growth in titanium alloy2021

    • 著者名/発表者名
      Kun Yang, Qiang Chen, Qing-Yuan Wang
    • 学会等名
      Advanced Materials Wed Congress
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演

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公開日: 2019-07-30   更新日: 2024-03-26  

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