| 研究課題/領域番号 |
19H02025
|
|---|
| 研究機関 | 京都先端科学大学 |
|---|
研究代表者 |
松本 龍介 京都先端科学大学, ナガモリアクチュエータ研究所, 准教授 (80363414)
|
|---|
| 研究分担者 |
武富 紳也 佐賀大学, 理工学部, 准教授 (20608096)
|
|---|
| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2023-03-31
|
| キーワード | 水素脆化 / 格子欠陥 / 材料強度 / 計算力学 / 変形機構 |
|---|
| 研究実績の概要 |
低合金鋼において，水素存在時には破壊の前駆段階で局所的に多量の空孔が生成していること，それらが一度生成すると水素を放出させても延性が回復しないことが示されている．本研究では，水素脆化のクライテリオンに局所的な空孔濃度やその分布状態を取り入れる．ここで，水素―空孔―転位（塑性ひずみ）間では強い相互作用を生じるため，空孔分布を知るためには三者の時間発展を同時に解く必要がある．初年度は対象を純鉄とし，格子欠陥と水素との相互作用に関する解析に専念した．また，実験的研究やマクロスケール解析の立ち上げも行った．以下に得られた主な成果を示す．
〔ミクロスケール解析〕第一原理計算を用いて，空孔クラスターへの単空孔の結合エネルギー，水素存在時の単空孔－単空孔間の結合エネルギーを評価した．さらに，空孔のクラスター化と空孔クラスターの解離の条件を明らかにした．また，分子動力学シミュレーションを用いることで高濃度空孔が存在するときの刃状転位の運動応力を明らかにした．
〔メゾスケール解析〕転位運動則（せん断応力―運動速度関係）に水素濃度の影響を考慮した離散転位動力学法により，き裂先端周りでの多数の転位の挙動を評価した．
〔マクロスケール解析〕弾塑性変形問題と非定常拡散問題の連成解析のためのユーザーサブルーチンの開発を進めた．
〔実験〕水素チャージを行った材料に対して，引張変形過程での変形状態をデジタル画像相関法により可視化できる環境を整備した．
|
| 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
本研究では格子欠陥や破壊に及ぼす水素の直接的な影響だけではなく，水素助長ひずみ誘起空孔を通した水素の間接的な影響も考慮することで，低合金鋼の水素脆化のクライテリオンを明らかにする．
初年度は対象を純鉄とし，格子欠陥と水素との相互作用に関する解析に専念した．そして，水素―空孔―転位（塑性ひずみ）の時間発展を詳細に追跡するために重要な知見（空孔クラスターへの単空孔の結合エネルギー，水素存在時の単空孔－単空孔間の結合エネルギー，高濃度空孔と刃状転位との相互作用挙動）を獲得した．また，実験的研究やマクロスケール解析の立ち上げも行った．
以上のことは，おおむね計画通りであり，本研究は順調に進展していると判断できる．
|
| 今後の研究の推進方策 |
電子・原子レベルのシミュレーションを用いて，水素存在時の低合金鋼中の転位/空孔の運動挙動をモデル化し，マクロ・メゾスケール解析へとつなげることで，広い時空間スケールで水素―空孔―塑性ひずみ関連破壊現象を紐解く．令和２年度も問題の単純化が可能な純鉄を対象とし，格子欠陥と水素との相互作用に関する解析を進める．また，実験的研究やマクロスケール解析の立ち上げを引き続き行う.
具体的には，ミクロスケール解析では，転位の運動応力に及ぼす空孔クラスターのサイズと濃度の影響をより詳細に解析する．また，これまでに評価した空孔クラスターへの単空孔の結合エネルギー等を用いることで，高密度空孔の凝集・解離の時間発展を評価できるようにする．メゾスケール解析では，離散転位力学法の転位運動則(せん断応力―運動速度関係)への空孔濃度や水素濃度の影響の導入を進める．また，マクロスケール解析では非定常水素/空孔拡散―弾塑性連成解析に必要な弾塑性変形問題と非定常拡散問題の連成解析のためのユーザーサブルーチンの整備を引き続き行う．実験においては，水素チャージ条件下での引張試験を行えるようにする．
|
