環境変動による疲労損傷加速効果の実証と損傷回復処理

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 13450262
• 研究機関: 早稲田大学
• 研究代表者: 南雲 道彦 早稲田大学, 理工学部, 教授 (40208062)
• 研究分担者: 小林 正和 早稲田大学, 材料技術研究所, 教授 (10241936)
• キーワード: 力学物性 / 格子欠陥 / 強度 / 疲労 / 破壊 / 応力腐食割れ / 生体・福祉材料

研究概要

(1)前年度に高強度鋼の疲労損傷進行過程を水素をプローブとして検出する手法を考案し、点欠陥(原子空孔)の生成がき裂成長以前にもあることを見出した。この潜伏期に起きる変化を硬度変化から調べ、疲労軟化に伴うことを明らかにした。
(2)疲労と水素との相互作用について、予疲労を受けた高強度ばね鋼の遅れ破壊感受性が増大することを見出し、これが疲労で生成する点欠陥によることを示したが、さらにばね鋼の回転曲げ疲労寿命が水素添加により大きく低下することを見出した。疲労限の低下は小さいが、寿命寿命の大きな短縮から、水素はき裂の成長速度だけでなく、マクロき裂発生も容易にしていると考えられる。
(3)環境変動として水素添加電流密度の周期的変動が遅れ破壊を促進することをPC鋼棒用高強度マルテンサイト鋼で再現した。これにさらに荷重変動と重畳させると、それぞれ単独の場合の効果と比べて寿命低下が顕著になることが確認された。
(4)生体環境変動として歯科矯正材料として使用されているNiTi合金の水素脆性を調べた。超弾性合金では約100ppmの水素吸収で顕著な脆化を示し、マルテンサイト変態に伴って破断する。また、組織を変えた形状記憶合金では、数100ppmまでの水素の添加によって大きな脆化を示し、組織の影響は水素量が1000ppm以上の場合に表れた。しかし、破断はマルテンサイト変態応力以下には下がらなかった。
(5)環境変動に伴う材料表面状態の変化を電子線回折で検出することを進め、原子状水素の照射で100℃以下の低温で酸化膜皮膜が除去され、試料表面がナノスケールで平坦化されることを見出した。

研究成果

• [文献書誌] K.Asaoka, K.Yokoyama, M.Nagumo: "Hydrogen Embrittlement of Nickel-Titanium Alloy in Biological Environment"Metall.Mater.Trans., A. 33A. 495-501 (2002)
• [文献書誌] M.Nagumo, H.Matsuda: "Function of hydrogen in intergranular fracture of martensitic steels"Phil.Mag.A. 82. 3415-3425 (2002)
• [文献書誌] T.Yamaguchi, M.Nagumo: "Simulation of Hydrogen Thermal Desorption under Reversible Trapping by Lattice Defects"ISIJ International. 43. 514-519 (2003)
• [文献書誌] M.Nagumo, S.Sekiguchi, H.Hayashi, K.Takai: "Enhanced susceptibility to delayed fracture in pre-fatigued martensitic steel"Mater.Sci.Eng.A. 344. 86-91 (2003)
• [文献書誌] M.Nagumo, H.Shimura, H.Hayashi, I.Ochiai: "Fatigue Damage and Its Interaction with Hydrogen in Martensitic Steels"Mater.Sci.Eng.A. 344(印刷中). (2003)
• [文献書誌] K.Yokoyama, K.Kaneko, K.Moriyama, K.Asaoka, J.Sakai, M.Nagumo: "Hydrogen embrittlement of Ni-Ti superelstic alloy in fluoride solution"J.Biomedical Materials Research. (印刷中). (2003)
• [文献書誌] T.Ohmisawa, S.Uchiyama, M.Nagumo: "Detection of Hydrogen Trap Distribution in Steel using Microprint-Technique"J.Alloys and Compounds. (印刷中). (2003)
• [文献書誌] M.Kobayashi, H.Terakado, R.Sawada, A.Arakawa, K.Sato: "Diffusion Profiles of Se in the bulk ZnTe"Phys.Stat.Solidi (b). 229. 265-268 (2002)
• [文献書誌] K.Tsutsumi, H.Terakado, M.Enami, M.Kobayashi: "Low Temperature Treatment of the (001) ZnTe Substrate Surface with the Assist of Atomic Hydrogen"J.Vac.Sci.Technol.B. (印刷中). (2003)
• [文献書誌] M.Nagumo, H.Shimura, H.Hayashi, I.Ochiai: "Proc.1st Int.Conf.Advanced Structural Steels"Iron Steel Institute, Japan. 255-256 (2002)
• [文献書誌] 南雲道彦: "材料破壊の基礎から応用-信頼性の高い材料の開発・応用にむけて"日本金属学会. 1-8 (2002)
• [文献書誌] M.Nagumo, T.Tamaoki, T.Sugawara: "Proc.Int.Conf.Hydrogen Effects in Materials and Corrosion Deformation Interactions"The Minerals, Metals and Materials Society(印刷中). (2003)