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2022 年度 実績報告書

疲労損傷のマルチスケール的観察が結びつける転位-塑性変形-き裂関係

研究課題

研究課題/領域番号 19K14853
研究機関国立研究開発法人物質・材料研究機構

研究代表者

吉中 奎貴  国立研究開発法人物質・材料研究機構, 構造材料研究拠点, 主任研究員 (00825341)

研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2023-03-31
キーワード疲労 / き裂 / 塑性変形 / 微視組織 / 合金開発 / 鋼
研究実績の概要

本研究事業においては積層欠陥エネルギー(SFE)に応じて種々の塑性変形メカニズムを示す高Mn鋼について、その疲労特性を転位からき裂にわたる関係に着目して調査した。
SFEが特に低い材料においてはγオーステナイトからεマルテンサイトへの変態が変形メカニズムとしてあらわれ、εの変形異方性に起因した極めて結晶学的な疲労破面が得られた。疲労破面の3次元形状を測定したところ、各相のすべり面同士がなす角度あるいは変態時の方位関係により特徴づけることができた。
一方、試験温度を変化させることでSFEあるいはGibbs自由エネルギー差(ΔG)を変化させて疲労試験を行ったところ、最も優れた疲労特性を得られる条件として、「変形メカニズムとしてγ→ε→γ双方向変態が生じること(B-TRIPが生じること)」を示した。この条件はΔG=0として記述できる。一方、き裂周囲(=疲労破面直下)における変形組織の解析を行ったところ、き裂先端のひずみ場によりα'マルテンサイトの生成が促進されることが明らかとなった。さらに、疲労寿命は破断後のα’量に反比例することを示し、B-TRIPを最大限活用し疲労耐久性を高めるための条件として「双方向変態の妨げとなるα'の発生を抑制すること」が必要であることを示した。
本年度はα'の抑制の観点から新合金を開発しその疲労特性と変形組織を調査した。その結果、新合金は従来合金に比べて2倍の疲労寿命を達成した。変形組織を調査した結果、新合金ではき裂周り(疲労破面直下)においてもα'量の生成量はきわめてわずかであった。これらの結果から上述した耐疲労鋼材の設計指針の正しさを実証した。

  • 研究成果

    (5件)

すべて 2023 2022

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件) 学会発表 (3件)

  • [雑誌論文] Evidence supporting reversible martensitic transformation under cyclic loading on Fe-Mn-Si-Al alloys using in situ neutron diffraction2023

    • 著者名/発表者名
      Sawaguchi Takahiro、Tomota Yo、Yoshinaka Fumiyoshi、Harjo Stefanus
    • 雑誌名

      Acta Materialia

      巻: 242 ページ: 118494~118494

    • DOI

      10.1016/j.actamat.2022.118494

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Two-fold improvement of low cycle fatigue resistance of steel by bidirectional transformation-induced plasticity2023

    • 著者名/発表者名
      Yoshinaka Fumiyoshi、Sawaguchi Takahiro、Takamori Susumu、Emura Satoshi、Inoue Yasuhiko
    • 雑誌名

      International Journal of Fatigue

      巻: 171 ページ: 107581~107581

    • DOI

      10.1016/j.ijfatigue.2023.107581

    • 査読あり
  • [学会発表] 双方向変態を活用した耐疲労鋼の開発研究2023

    • 著者名/発表者名
      吉中奎貴
    • 学会等名
      日本鉄鋼協会第185回春季講演大会
  • [学会発表] Bi-directional TRIPを活用した低サイクル疲労寿命の向上2022

    • 著者名/発表者名
      吉中奎貴、澤口孝宏、高森晋、江村聡
    • 学会等名
      第35回疲労シンポジウム
  • [学会発表] 制振ダンパー用Fe-Mn-Si合金の極低サイクル疲労破面2022

    • 著者名/発表者名
      吉中奎貴、長島伸夫、澤口孝宏
    • 学会等名
      第17回フラクトグラフィシンポジウム

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公開日: 2023-12-25  

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