析出強化型Ni基超合金の水素誘起クリープ破壊機構の解明

• 研究課題/領域番号: 19K14855
• 研究種目: 若手研究
• 配分区分: 基金
• 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: 株式会社神戸工業試験場(生産本部技術開発部)
• 研究代表者: 岡崎 三郎 株式会社神戸工業試験場(生産本部技術開発部), 技術企画室, 研究員 (70780831)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2022-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2021年度)
• 配分額: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円); 2021年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円); 2020年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2019年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
• キーワード: 水素脆化 / Ni基超合金 / 析出強化 / 応力緩和 / 延性低下 / Ni基合金 / 水素拡散 / 引張試験 / 水素 / クリープ / 活性化体積 / 有効応力 / 熱活性化パラメータ / 遅れ破壊

研究開始時の研究の概要

析出強化型Ni基超合金は，転位運動に対し析出物が熱活性化過程に支配されない抵抗をもたらすように設計されており，クリープに代表される時間依存型の破壊に対して優れた性質を持っている．しかし，析出強化型Ni基超合金中に水素が侵入すると，クリープのような時間依存型の破壊が発現する．本研究では，水素脆化に関する研究に対し，クリープに関する研究の考え方を適用し，析出強化型Ni基超合金の水素誘起クリープ破壊機構の解明するため，水素チャージを施した試験片による応力急変試験，応力緩和試験およびクリープラプチャー試験を実施する．

研究成果の概要

本研究では，Ni基超合金の水素脆化メカニズムを明らかにするため，高圧水素ガス曝露を施した試験片を用いて，応力緩和試験および引張試験を実施した．応力緩和試験では，固溶水素量の増大に伴い応力緩和量が増加する傾向が確認されたが，その変化量は小さく，水素脆化は転位運動の変化によるものではないと示唆された．引張試験では，水素の影響による延性の低下が認められた．室温以下の条件では，温度の下降に伴って延性は回復の傾向を示し，－196℃では水素による延性低下がほとんど認められなくなった．すなわち，水素誘起の延性低下の支配因子は，材料中に固溶された水素の拡散であることが示唆された．

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究では，析出強化型Ni基超合金の水素脆化の発現に対し，水素－転位間相互作用は主要因ではなく，水素が変形中に材料内部を拡散できるという条件が破壊に対してより重要な意味をもつことを示した．この知見は，広範な温度範囲における実験データに基づくものであり，種々の水素機器の強度設計に展開できるという点で，学術的および社会的意義は大きいといえる．