| 研究課題/領域番号 |
20H00311
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| 研究種目 |
基盤研究(A)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
中区分26:材料工学およびその関連分野
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| 研究機関 | 熊本大学 |
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研究代表者 |
高島 和希 熊本大学, 国際先端科学技術研究機構, 卓越教授 (60163193)
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| 研究分担者 |
峯 洋二 熊本大学, 大学院先端科学研究部(工), 教授 (90372755)
郭 光植 熊本大学, 大学院先端科学研究部(工), 助教 (90847170)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2024年度)
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| 配分額 *注記 |
46,800千円 (直接経費: 36,000千円、間接経費: 10,800千円)
2024年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
2023年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
2022年度: 3,380千円 (直接経費: 2,600千円、間接経費: 780千円)
2021年度: 4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)
2020年度: 34,450千円 (直接経費: 26,500千円、間接経費: 7,950千円)
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| キーワード | 構造・機能材料 / 鉄鋼材料 / マルテンサイト / 疲労き裂伝播 / 耐疲労強化 / 疲労き裂伝播機構 / 耐疲労設計 / 機能・構造材料 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
マルテンサイト組織は鋼の強化設計の基盤となるきわめて重要な組織であるが、耐久性、信頼性の基礎となる疲労特性については、現在でも不明な点が残されている。これはマルテンサイト組織が複雑な階層的な微視組織構造をしているためである。本研究では、我々が開発したマイクロ疲労試験法を駆使して、これまで明らかにされていないマルテンサイトの疲労き裂伝播機構の解明を行うとともに、疲労き裂伝播抵抗に優れる鉄鋼材料設計の指導原理の提案を行う。得られる成果は、高強度鋼の耐疲労強化設計へと繋がるものであり、先端鉄鋼材料開発における我が国の国際競争力向上にも大きく寄与できる。
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| 研究実績の概要 |
2022年度においては、当初の計画に示したように、パケット境界、旧オーステナイト粒界における疲労き裂伝播挙動の解明を行った。試料には昨年度と同様に低炭素鋼を全面ラスマルテンサイト組織としたものを用いた。試料をマイクロ試験片が採取できる50μm程度まで研磨し、電子線後方散乱回折(EBSD)法により組織観察を行い、試験片採取位置を選択後、微細レーザ加工機及び集束イオンビーム(FIB)加工機を用いて、微小CT試験片を作製した。2022年度においては、最初にパケット境界部をき裂が伝播する際のき裂伝播過程を検討するため、き裂の面とその伝播方向が、パケット境界と平行になるようにマイクロCT試験片を選択的に採取した。疲労試験は本研究の初年度に開発した微小疲労試験機を用い、応力比0.1、繰返し速度1 Hz、室温・大気中で行った。
その結果、疲労き裂伝播速度は、パケット境界を挟んだブロックの方位に依存して異なった。その原因としては、き裂先端での晶癖面内すべと面外すべりの活動の状況の違いによるものと考えられる。すなわち、き裂先端において晶癖面内すべりが活動しやすいブロックと晶癖面外すべりが活動しやすいブロックがどのように配向しているかによって、すべりの非対称性が生じ、そのことがき裂伝播速度を支配していると推察された。このことを確認するために、き裂先端におけるマルテンサイトのブロック構造を模擬したモデルを構築し、結晶塑性有限要素法(CPFEM)によるシミュレーションを行った。得られた結果は上記の仮定を支持するものとなった。また、旧オーステナイト境界に沿ってき裂が伝播する場合にも同様の傾向が認められたが、試験片の作製が困難であり、十分な数の試験片を準備できなかったため、さらに検討が必要である。上記の結果は、疲労き裂伝播抵抗に優れるマルテンサイト組織鋼の開発において重要なキーポイントとなる。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
昨年度同様、新型コロナ感染拡大のため、年度前半では研究の実施に遅延が生じたが、年度後半から感染拡大もやや落ち着いたことから研究が大きく進展し、当初計画で示したパケット境界及び旧オーステナイト境界部におけるき裂伝播試験を行うことができた。また、昨年度は実施しなかったCPFEMによる計算機シミュレーションについても実施し、き裂伝播機構の解明に大きく寄与することができた。
なお、研究成果の公表に関しては、発表を予定していた学会講演会が新型コロナ感染拡大のためリモートでの開催となり、年度後半では対面での講演会も実施されたが、開催された講演会の数も少なく、当初予定していた旅費の実支出額が計画時を下回った。しかし、計画時に計上していた旅費を技術補佐員の雇用経費に充当することで、より精度の高い試験片の作製及び疲労き裂伝播の計測を行うことができ、最終的には、本年度予定していた計画内容をほぼ実行することができた。
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| 今後の研究の推進方策 |
2022年度はほぼ当初の計画通りの研究を実施できたので、2023年度は申請書に記載した当初計画にしたがって、2022年度にも進めてきた疲労き裂伝播に及ぼすパケット境界、旧オーステナイト粒界の影響についてさらに検討を進める。特に2023年度は現実の構造物において重要となる境界面に対してき裂伝播方向が角度を持つ場合についても検討を進める。また、その際の疲労き裂伝播メカニズムについても検討を行う。これに加え、次年度は、これまでの成果をまとめ論文としての成果発表を積極的に進める。
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