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高温変動負荷環境における耐熱合金強度劣化損傷機構の解明と残存寿命予測技術の確立

研究課題

研究課題/領域番号 21F50350
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
研究機関東北大学

研究代表者

三浦 英生  東北大学, 工学研究科, 教授 (90361112)

研究分担者 WANG RUNZI  東北大学, 工学(系)研究科(研究院), 外国人特別研究員
研究期間 (年度) 2021-11-18 – 2023-03-31
研究課題ステータス 完了 (2022年度)
配分額 *注記
1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
2022年度: 600千円 (直接経費: 600千円)
2021年度: 400千円 (直接経費: 400千円)
キーワード高温強度 / 粒界割れ / クリープ疲労損傷 / 結晶品質 / 電子線後方散乱回折 / Strength of Materials / Heat-resistant Alloy / Creep-fatigue Damage / EBSD Analysis / Intergranular cracking
研究開始時の研究の概要

The main objectives of this research are; 1) Clarification of the acceleration mechanism of the degradation of materials under creep-fatigue loading at elevated temperatures, and 2) Establishment of the quantitative evaluation method of the damage of the materials under random load conditions.

研究実績の概要

The main objectives of this research are 1) Clarification of the acceleration mechanism of the degradation of materials under creep-fatigue loading at elevated temperatures, and 2) Establishment of the quantitative evaluation method of the damage of the materials under random load conditions. Original small dumbbell-shape specimens were manufactured for both the observation of the degradation process under the distribution of the applied load and the direct observation of the change of the local crystallinity of the alloy in a scanning electron microscope. The degradation process of the crystallinity of the representative heat-resistant alloy, Ni-base superalloy, under creep-fatigue loading at elevated temperatures was monitored continuously by using our original intermittent micro tensile test method with electron microscopy. The degradation process of the crystallinity and strength of the material was continuously observed, and it was explicated by applying the modified Arrhenius equation by considering the effect of mechanical stress on the local decrease in the activation energy of atomic diffusion. it was also found that the accumulation of vacancies and dislocations was accelerated only around grain boundaries and thus, the initiation time of intergranular cracking became shorter when the strain rate during loading and unloading became faster. The main reason for the acceleration was found to be the activation of viscoelasticity of the alloy at the elevated temperature.

現在までの達成度 (段落)

令和4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4年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2022 実績報告書
  • 2021 実績報告書
  • 研究成果

    (17件)

すべて 2022 2021 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (9件) (うち国際共著 9件、 査読あり 9件、 オープンアクセス 9件) 学会発表 (5件) (うち国際学会 4件、 招待講演 2件) 備考 (1件)

  • [国際共同研究] 華東理工大学(中国)

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [国際共同研究] 華東理工大学(中国)

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [雑誌論文] A data-driven roadmap for creep-fatigue reliability assessment and its implementation in low-pressure turbine disk at elevated temperatures2022

    • 著者名/発表者名
      Run-Zi Wang, Hang-Hang Gu, Kai-Shang Li, JI Wang, Xiao-Wei Wang, Miura Hideo, Xian-Cheng Zhang, Shan-Tung Tu
    • 雑誌名

      Reliability Engineering & System Safety

      巻: 225 ページ: 108523-108523

    • DOI

      10.1016/j.ress.2022.108523

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Oxidation-involved life prediction and damage assessment under generalized creep-fatigue loading conditions based on engineering damage mechanics2022

    • 著者名/発表者名
      Run-Zi Wang, Xian-Cheng, Zhang, Hang-Hang, Gu, Kai-Shang Li, Jian-Feng Wen, Hideo Miura, Ken Suzuki, Shan-Tung Tu
    • 雑誌名

      J. of Materials Research and Technology

      巻: 23 ページ: 114-130

    • DOI

      10.1016/j.jmrt.2022.12.094

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Establishment of unified creep-fatigue life prediction under various temperatures and investigation of failure physical mechanism for Type 304 stainless steel2022

    • 著者名/発表者名
      Le Xu, Run-Zi Wang, Lei He, Xian-Cheng Zhang, Shan-Tung Tu, Hideo Miura, Takamoto Itoh
    • 雑誌名

      Fatigue & Fracture of Engineering Materials & Structures

      巻: 45 号: 10 ページ: 3086-3101

    • DOI

      10.1111/ffe.13794

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Evaluation of fatigue and creep-fatigue damage levels on the basis of engineering damage mechanics approach2022

    • 著者名/発表者名
      Li Sun, Xian-Cheng Zhang, Run-Zi Wang, Xiao-Wei Wang, Shan-Tung Tu, Ken Suzuki, Hideo Miura
    • 雑誌名

      Journal of Fatigue

      巻: 166 ページ: 103337-103337

    • DOI

      10.1016/j.ijfatigue.2022.107277

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] A dual-scale modelling approach for creep-fatigue crack initiation life prediction of holed structure in a nickel-based superalloy2022

    • 著者名/発表者名
      Kai-Shang Li, Lv-Yi Cheng, Yilun Xu, Run-Zi Wang, Yong Zhang, Xian-Cheng Zhang, Shan-TungTu, Hideo Miura
    • 雑誌名

      International Journal of Fatigue

      巻: 154 ページ: 106522-106522

    • DOI

      10.1016/j.ijfatigue.2021.106522

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Multi-stage dwell fatigue crack growth behaviors in a nickel-based superalloy at elevated temperature2021

    • 著者名/発表者名
      Ji Wang, Run-Zi Wang, Xian-Cheng Zhang, You-Jun Ye, Yan Cui, Hideo Miura, Shan-TungTu
    • 雑誌名

      Engineering Fracture Mechanics

      巻: 253 ページ: 107859-107859

    • DOI

      10.1016/j.engfracmech.2021.107859

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Cycle-dependent creep-fatigue deformation and life predictions in a nickel-based superalloy at elevated temperature2021

    • 著者名/発表者名
      Lv-Yi Cheng, Run-Zi Wang, Ji Wang, Shun-Peng Zhu, Peng-Cheng Zhao, Hideo Miura, Xian-Cheng Zhang, Shan-Tung Tu
    • 雑誌名

      International Journal of Mechanical Sciences

      巻: 206 ページ: 106628-106628

    • DOI

      10.1016/j.ijmecsci.2021.106628

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] A crystal plasticity-based approach for creep-fatigue life prediction and damage evaluation in a nickel-based superalloy2021

    • 著者名/発表者名
      Kai-Shang Li, Run-Zi Wang, Guang-Jian Yuan, Shun-Peng Zhu, Xian-Cheng Zhang, Shan-Tung Tu, Hideo Miura
    • 雑誌名

      International Journal of Fatigue

      巻: 143 ページ: 106031-106031

    • DOI

      10.1016/j.ijfatigue.2020.106031

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Semi-quantitative creep-fatigue damage analysis based on diffraction-based misorientation mapping and the correlation to macroscopic damage evolutions2021

    • 著者名/発表者名
      Run-Zi Wang, Lv-Y iCheng, Shun-Peng Zhu, Peng-Cheng Zhao, Hideo Miura, Xian-Cheng Zhang, Shan-TungTu
    • 雑誌名

      International Journal of Fatigue

      巻: 149 ページ: 106227-106227

    • DOI

      10.1016/j.ijfatigue.2021.106227

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] Creep-fatigue reliability analysis integrated with surrogate modelling: application on industrial case studies2022

    • 著者名/発表者名
      Runzi Wang
    • 学会等名
      International Symposium on Structural Integrity (ISSI2022)
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Creep-fatigue reliability analysis integrated with surrogate modelling: application on industrial case studies2022

    • 著者名/発表者名
      Run-Zi Wang
    • 学会等名
      ASME International Mechanical Engineering Congress and Exposition (IMECE2022)
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Creep-fatigue life design and reliability analysis in high-temperature components2021

    • 著者名/発表者名
      Run-Zi Wang
    • 学会等名
      International Symposium on Structural Integrity
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Acceleration Mechanism of the Degradation of the Strength of Heat-Resistant Alloys under Creep-Fatigue Loading at Elevated Temperatures2021

    • 著者名/発表者名
      Hideo Miura
    • 学会等名
      International Symposium on Structural Integrity
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Ni基超合金GH4169のδ相析出による高温粒界強度劣化加速機構の検討2021

    • 著者名/発表者名
      中山 歩美
    • 学会等名
      日本機械学会東北支部第57回総会講演会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [備考] 東北大学 三浦・鈴木研究室

    • URL

      http://www.miura.rift.mech.tohoku.ac.jp

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書 2021 実績報告書

URL: 

公開日: 2022-02-08   更新日: 2024-03-26  

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