応力・ひずみの多軸性に着目した構造材料の水素脆化特性の解明

• 研究課題/領域番号: 22K20488
• 研究種目: 研究活動スタート支援
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 0401:材料工学、化学工学およびその関連分野
• 研究機関: 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構
• 研究代表者: 柴山 由樹 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 原子力科学研究所 物質科学研究センター, 博士研究員 (20964323)
• 研究期間 (年度): 2022-08-31 – 2024-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2023年度)
• 配分額: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円); 2023年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円); 2022年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
• キーワード: 水素脆化 / 応力三軸度 / 中性子応力測定 / 有限要素法 / 構造材料 / 中性子回折 / 応力測定技術 / 応力測定

研究開始時の研究の概要

本研究は、実用部材が有する多軸応力・塑性ひずみ状態に着目し、種々の加工方法・形状における水素脆性破壊モデルの系統化を目指す。具体的には、広範な力学条件下における水素脆性破壊プロセスの微視組織観察と局所の水素脆化因子の定量評価を行い、多軸応力・塑性ひずみ状態が破壊の発生・伝播経路と水素脆化因子に及ぼす影響を調査する。そして、耐水素性に優れる新たな加工方法・部材形状設計の基盤を構築する。

研究成果の概要

成形部品中の残留応力は、その耐水素脆化特性を理解するための重要な因子である。しかし、部品形状による耐水素脆化特性の優劣を比較する方法は未だない。そこで我々はそれら成形によって生じる残留応力の応力状態を表す応力三軸度に着目した。本研究では幅広い応力三軸度を評価する引張試験を有限要素法を用いた弾塑解析より設計した。そして中性子応力測定装置を用いた引張変形中の応力状態の測定と比較してその妥当性を検証した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

構造部材は高強度材料の適用・複雑形状化による軽量化・信頼性向上が進められている一 方、耐水素安全性の把握が喫緊の課題として浮上している。構造部材の水素が力学特性に及ぼす影響を考慮した新たな耐水素性に優れる加工方法・部材形状設計に向けた基盤の構築が急がれている。本研究ではその一環として成形部品が有する応力・塑性ひずみ状態の多軸性に着目した新たな力学試験手法を開発し、新たな知見を得た。