| 研究課題/領域番号 |
16H04238
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| 研究機関 | 九州大学 |
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研究代表者 |
松永 久生 九州大学, 工学研究院, 教授 (80346816)
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| 研究分担者 |
山辺 純一郎 九州大学, 水素エネルギー国際研究センター, 特任教授 (20532336)
津崎 兼彰 九州大学, 工学研究院, 教授 (40179990)
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| 研究期間 (年度) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| キーワード | 水素脆化 / 金属疲労 / 破壊靭性 / 純鉄 / 炭素鋼 |
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| 研究実績の概要 |
本研究では，BCC金属とFCC金属について単純荷重負荷によるき裂進展試験と繰返し荷重負荷によるき裂進展試験を実施し，結晶構造の違い，およびき裂先端近傍のすべりと転位に注目しながら，水素の影響下でのき裂進展抵抗の決定メカニズムを原子～ナノオーダで解明し，影響因子を分類することを目的とする．H28年度は，BCC金属の代表として純鉄（電磁軟鉄）を用い，疲労き裂進展に及ぼす水素の影響の解明に取り組んだ．大気中および低圧～高圧の水素ガス中で疲労破壊させたCT試験片の破面をSEMで精緻に観察するとともに，き裂先端のナノ～ミクロの変形挙動をEBSD, ECCI, TEMを駆使して観察した．これにより，水素によるき裂先端での変形の局在化の証拠を得るとともに，き裂進展加速に伴う破壊形態の特徴，き裂面と結晶方位の関係，水素による転位組織の変化など，従来は知られていなかった現象を明らかにした．また，炭素鋼SM490Bを用いて，疲労き裂進展試験ならびに破壊靭性試験を低圧～高圧の水素ガス環境中で実施し，水素環境下では疲労き裂と破壊靭性き裂がき裂鋭化を伴う統一機構（Hydrogen-induced successive crack growth, HISCG）で進展することを明らかにするとともに，応力拡大係数を用いたき裂進展則により両き裂の進展を統一的に記述できることを示した．上記の成果を，国内学会（1件）および国際会議（3件）で発表した．さらに，2報の論文を国際ジャーナルに投稿した．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
BCC金属について，疲労き裂先端の水素の局在化の証拠をECCI観察ならびにEBSD観察により明らかにするとともに，破面直下の転位組織をTEMにより観察し，これまでに知られていなかった水素誘起き裂進展と転位組織の相関を明らかにできた．また，疲労き裂と破壊靭性き裂の類似性を指摘し，き裂進展の統一メカニズムを提案するとともに，応力拡大係数を用いたき裂進展則により2つの疲労き裂進展を統一的に記述できるという従来にない新しい評価方法を示すことができた．研究開始当初の計画を着実に進めることができていることから，「(2)概ね順調に進展している．」の評価としたい．
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| 今後の研究の推進方策 |
今後は，FCC金属の代表としてアルミ系材料とNi-Cu合金に対象を拡げる．アルミ合金は高圧水素ガス環境中においても水素脆化を示さないことが知られている．一方，Ni-Cu合金は，NiとCuの成分を調整することにより，水素固溶特性が大きく変化することが予備研究によって明らかになっており，それに応じて水素脆化特性も変化することが予想される．これらの材料の各種き裂進展特性を調査し，破面とき裂の様相を今年度と同様の手法を用いて精緻に観察することにより，水素によるき裂進展の加速量を決定するメカニズムの解明に挑む．
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