| 研究分担者 |
近藤 良之 九州大学, 大学院工学研究院, 教授 (90325499)
野口 博司 九州大学, 大学院工学研究院, 教授 (80164680)
松岡 三郎 九州大学, 大学院工学研究院, 助教授 (10354250)
高井 謙一 上智大学, 理工学部, 助教授 (50317509)
松永 久生 福岡大学, 工学部, 助教授 (80346816)
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| 研究概要 |
環境・エネルギーの両問題の解決へ向けて水素利用に関する研究開発が世界各国で活発化する中で,安全な水素利用社会実現のために本研究の重要性は益々高まっている.本研究では当初の目的であった高強度鋼のギガサイクル疲労破壊に及ぼす水素の影響に加え,近い将来燃料電池システムへの使用が想定される各種金属材料の疲労強度に及ぼす水素の解明を行った,得られた成果・知見を以下に示す.
1.焼入れ焼もどしを施した高炭素クロム軸受鋼を用いて,疲労挙動に及ぼす水素の影響とその繰返し速度依存性について調べた結果,水素チャージ材の疲労き裂進展は未チャージ材と比較して大きく,繰返し速度f=0.5Hz〜15Hzの範囲で繰返し速度が小さいほど水素チャージ材のき裂進展速度は大きくなった.この水素チャージ材における繰返し速度依存性は,き裂先端への水素の拡散に依存するものと考えられる.
2.フレッティング疲労強度には水素ガスの影響があり,1000万回を超える長寿命領域で更なる強度低下が生じることが確認された.
3.超微小硬さ試験機を用い,微細粒フェライト鋼とオーステナイト系ステンレス鋼の疲労組織のナノーメゾーマクロ強度解析を行い,疲労強度に対する粒界(細粒)強化の役割を明らかにした.同時に,オースフォームした低合金鍋結晶粒を微細粒化したフェライト鋼,チタン合金の疲労特性を調べた.金属材料の水素による延性メカニズムを調べた.
4.水素を含んで負荷すると,水素誘起格子欠陥が促進される.200℃加熱で延性が回復することから,水素と応力によって誘起された原子空孔が延性低下に関与していることが判明した.
以上の実験結果を総合的に分析して2つの重要なことが明らかになった.
1.水素はいわゆる脆化を引き起こすのではなく,転位を動き易くし,すべりの集中をもたらす.
2.ギガサイクル疲労の発端となる介在物周辺にトラップされた水素の役割は低応力で微視的なすべりの集中を引き起こすことである.
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