| 研究課題/領域番号 |
20J11740
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| 研究種目 |
特別研究員奨励費
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 国内 |
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| 審査区分 |
小区分18010:材料力学および機械材料関連
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| 研究機関 | 九州大学 |
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研究代表者 |
藤原 比呂 九州大学, 工学府, 特別研究員(DC2)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-24 – 2022-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2021年度)
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| 配分額 *注記 |
1,700千円 (直接経費: 1,700千円)
2021年度: 800千円 (直接経費: 800千円)
2020年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
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| キーワード | アルミニウム合金 / 3Dイメージベース解析 / 水素脆化 / 水素拡散解析 / 結晶塑性有限要素解析 / X線トモグラフィー / 結晶塑性有限要素法 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
金属中に存在する水素は、材料を脆化させ材料特性に著しい影響を及ぼす。次世代の高強度アルミニウム合金の開発が望まれている中で、高強度化を実現し、実用材料としての信頼性を向上させるためには、この現象を理解することが避けられない。実験と数値解析を組合わせることで、変形中の水素濃度変化の定量評価が可能な手法として確立する。この手法により、脆化の発生点での水素濃度を含む必要不可欠な情報を把握することが可能となる。取得した情報を基に、水素による脆化の発生基準を定量的に解明する研究である。
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| 研究実績の概要 |
本研究では，局所的な水素の濃化により発生すると考えられる水素脆化の発生基準を水素濃度の観点から明らかにすることを目的としている。水素脆化挙動と局所的な水素濃度分布との関係を評価するため，結晶塑性有限要素解析（CPFEM）と水素拡散シミュレーションを組み合わせたマルチモーダル解析を実施した。その際，試験に用いた試料から作製した3次元（3D）イメージベース多結晶モデルを用いた。加えて，同一試料の破壊挙動をX線トモグラフィーによりその場観察し，水素脆性亀裂の発生点と進展経路を特定した。イメージベースシミュレーションの結果を破壊挙動と直接比較することで，水素脆化挙動に対する水素濃化挙動の影響を評価した。
3Dイメージベースモデルを用い，負荷中の亀裂先端での応力分布および水素の濃化挙動を解析したところ，負荷を10分保持した際，亀裂先端で無負荷時に比べ最大5倍程度水素が濃化することが明らかとなった。3D水素濃度分布および変形によるトラップサイト密度の変化を考慮し，各トラップサイトへの水素分配挙動を3D解析したところ，亀裂先端付近で水素が濃化することで，擬へき開破壊の起点と考えられるMgZn2析出物／アルミニウム界面に分配される水素濃度が最大2倍濃化することを明らかにした。擬へき開亀裂は，MgZn2析出物界面の水素占有率が0.6以上と高く，界面凝集エネルギーが初期に比べ60％以上低下した領域を進展した。そして，水素により界面凝集エネルギーが低下した状態で，その界面に対し垂直な応力が作用することでMgZn2析出物界面が剥離し，これらが連結することで擬へき開亀裂が発生するものと考察した。以上のことから，水素濃化領域でのMgZn2析出物界面への水素分配が，水素脆化の発生の主要因であることが明らかとなった。
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| 現在までの達成度 (段落) |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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| 今後の研究の推進方策 |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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