| 研究課題/領域番号 |
18H03748
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| 研究機関 | 北海道大学 |
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研究代表者 |
中村 孝 北海道大学, 工学研究院, 教授 (30237408)
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| 研究分担者 |
戸田 裕之 九州大学, 工学研究院, 教授 (70293751)
藤村 奈央 北海道大学, 工学研究院, 助教 (40732988)
竹内 晃久 公益財団法人高輝度光科学研究センター, 利用研究促進部門, 主幹研究員 (70426526)
上杉 健太朗 公益財団法人高輝度光科学研究センター, 利用研究促進部門, 主席研究員 (80344399)
小熊 博幸 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 構造材料研究拠点, 主幹研究員 (80515122)
古谷 佳之 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 構造材料研究拠点, グループリーダー (60354255)
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| 研究期間 (年度) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| キーワード | ギガサイクル疲労 / 内部起点型破壊 / 真空 / 放射光 / き裂伝搬 |
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| 研究実績の概要 |
研究目的を達成するために，4年間の研究期間内で，①放射光X線顕微CT解析の高度化，②放射光X線顕微CT解析による内部き裂発生・進展プロセスの解明，③異なる真空環境における表面き裂発生・進展プロセスの解明，④Kitagawa diagramに基づく超高サイクル疲労強度評価法の構築，の４項目を実施する．初年度はこれらのうち，①および②の準備と基礎実験を行い，次年度からの本格的な実験に備えた．具体的な実施内容を以下に示す．
①放射光X線顕微CT解析の高度化 本研究では，数～数十μm程度の微小き裂進展を対象とするため，少なくとも数百nmの空間分解能で試験片内部を観察する必要がある． SPring-8における既存のX線顕微CTは，通常の吸収コントラストに比べ感度の高い位相コントラストと，観察像を拡大する結像法を組み合わせることにより，数百nmの空間分解能を実現できる．しかし，一回の測定に数時間を要することや輝度が十分では無いなどの問題があった．そこで，照明用位相コンデンサと位相コントラスト位相板を最適化し，15分程度でSEMレベルのイメージングが可能なシステムを構築した．
②放射光X線顕微CT解析による内部き裂発生・進展プロセスの解明 ①で開発するシステムの視野は0.5×0.5mmあるいは1.0×1.0mm程度以下に抑えられるため，これらに適した小径試験片を用いて疲労試験を行う必要がある．そこで本年度は，直径0.4～0.7mmの小径疲労試験片を加工する研磨技術を開発するとともに，これに数百Hzの繰返し負荷を与える疲労試験技術を確立した．これらを用いてTi-6Al-4V合金小径試験片の基礎疲労線図を取得し，次年降の内部き裂の発生・進展観察に備えた．
以上のように，本年度の取組みにより，従来の実験技術を大幅に向上させ，今後の研究遂行に寄与する重要な成果を得ることができた．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
「研究実績の概要」に述べたように，本年度は，当初に計画していた二つの実施項目を十分に遂行することができた．本研究では，これらに加えて，4年間の研究期間内に，X線顕微CTメージングと並行し，内部き裂に特有な破面形成領域を分析すること，およびビーチマーク法による内部き裂進展速度の計測・評価法を確立すること，という二つの試みを予定している．初年度が終了した時点において，前者については， SEM，AFM，EBSD等により破面のトポグラフィや破面直下の組織構造の解析を行う具体的準備を整え，後者については，本研究で用いる供試材に関してビーチマーク法を適用する基礎技術の確立と疲労寿命解析方法の構築を行うことができた．また，それらの一部はすでに論文化されている．以上から，現在までの進捗状況は，当初の計画以上に進展していると判断した．
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| 今後の研究の推進方策 |
「研究実績の概要」に述べた４項目のうち，2019年度は②放射光X線顕微CT解析による内部き裂発生・進展プロセスの解明，および③異なる真空環境における表面き裂発生・進展プロセスの解明，を試みる．前者については，前年度に構築したX線顕微CTを用いて，主としてチタン合金を対象に材料内部における微小き裂の発生寿命，発生位置を詳しく調べ，その進展速度を計測する．さらに，内部微小き裂先端の開口変位CTODを計測し，表面き裂におけるそれとの違いを明らかにする．後者については，人工微小欠陥を付与した試験片を用いて，異なる真空圧力の下で疲労き裂進展試験を行い，き裂進展速度に及ぼす真空圧力の影響を調べる．そして，②で得られた内部微小き裂の進展速度との比較を行うことで，内部き裂先端周囲を模擬するために最適な真空圧力を明らかにする．以上を総合することにより，内部き裂発生・進展プロセスの支配要因を考察し，2020年度以降の実験および解析に備える．
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