微小き裂先端の転位運動その場観察および解析法確立：金属疲労を克服する

2022 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 20H02457
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 小山 元道 東北大学, 金属材料研究所, 准教授 (20722705)
• 研究分担者: 佐々木 大輔 久留米工業高等専門学校, 材料システム工学科, 助教 (50772498) ; 奥山 彫夢 木更津工業高等専門学校, 電子制御工学科, 准教授 (50804655)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2023-03-31
• キーワード: 金属疲労 / 水素脆化 / その場観察 / 結晶塑性有限要素法 / 元素移流拡散解析

研究実績の概要

微小疲労き裂進展の機構と支配因子を把握するため、以下の三点の課題解決を目的とした。
(1) 疲労き裂進展は力学条件に敏感なため、「バルク試料」で負荷をかけながら、「転位運動をその場観察」する。特には、電子チャネリングコントラストによりその場観察法の確立および、他顕微鏡手法との組み合わせによるその場観察法を構築し、金属疲労き裂進展に関する解析に適用する。(2) すべり面に沿うき裂進展の理解のため、転位組織形成に伴うき裂近傍の空孔量・分布を把握する。(3) き裂近傍の固溶元素拡散を力学計算を拡散と連成させて解析する。

上記目的のもとに本年度は、FCC合金系に対するその場電子チャネリングコントラスト観察を継続するとともに、より複雑なラスマルテンサイト組織にその場観察を展開した。
一般に、ラスマルテンサイトでは電子チャネリングコントラスト法による転位組織観察が容易ではないので、通常の二次電子線観察と、その後のEx-situによる電子チャネリングコントラスト法観察を合わせることで解析した。この解析を通して、微小疲労き裂進展の進展挙動に及ぼす結晶方位および金属組織の影響の一端を明らかとした。また、ここで得られた転位組織やき裂進展経路などの観察結果を、結晶塑性解析による空孔密度分布と対応付けて考察することで、空孔に由来する疲労き裂進展メカニズムに迫った。具体的には、空孔密度の上昇とき裂進展方向に対応が見られた。また、水素脆化についてもピニング-デピニングを考慮することで従来知られる”塑性域の縮小”および”局所塑性ひずみの増大”を再現できることが明らかとなり、硬化およびその後のDepininngに基づく水素脆化機構機構の可能性を定量的に示した。

現在までの達成度 (段落)

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Mechanical loading effect on the hydrogen uptake of tempered martensite steel: Elastic strain effect vs. plastic strain effect (2023)
  • 著者名/発表者名: Masuda Yota、Koyama Motomichi、Kakinuma Hiroshi、Akiyama Eiji
  • 雑誌名: Materials Science and Engineering: A 巻: 862 ページ: 144486～144486
  • DOI: 10.1016/j.msea.2022.144486
  • 査読あり
• [雑誌論文] Cr Effects on the Local Plasticity Evolution and Fracture Behaviors of Ni-Cr Alloys Tensile-Tested under Hydrogen Charging (2023)
  • 著者名/発表者名: Kobayashi Naohiro、Koyama Motomichi、Yamamura Misaho、Hojo Tomohiko、Akiyama Eiji
  • 雑誌名: MATERIALS TRANSACTIONS 巻: 64 ページ: 212～219
  • DOI: 10.2320/matertrans.MT-M2022140
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Crack Tip Deformation during Dwell Fatigue and Its Correlation with Crack/Fracture Surface Morphologies in a Bi-Modal Ti?6Al?4V Alloy (2022)
  • 著者名/発表者名: Aoki Yuma、Koyama Motomichi、Tanaka Masaki、Tsuzaki Kaneaki
  • 雑誌名: MATERIALS TRANSACTIONS 巻: 63 ページ: 1232～1241
  • DOI: 10.2320/matertrans.MT-M2022076
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Hydrogen-accelerated fatigue crack growth of equiatomic Fe-Cr-Ni-Mn-Co high-entropy alloy evaluated by compact tension testing (2022)
  • 著者名/発表者名: Koyama Motomichi、Mizumachi Shunsuke、Akiyama Eiji、Tsuzaki Kaneaki
  • 雑誌名: Materials Science and Engineering: A 巻: 848 ページ: 143394～143394
  • DOI: 10.1016/j.msea.2022.143394
  • 査読あり
• [雑誌論文] Quantitative Evaluation of the Relationship between Strain and Color Change in Opal Photonic Crystal Films and Application into Complex Specimen Geometries (2022)
  • 著者名/発表者名: Zhou Yutao、Yang Zhipeng、Koyama Motomichi、Ajito Saya、Hojo Tomohiko、Fudouzi Hiroshi、Akiyama Eiji
  • 雑誌名: ISIJ International 巻: 62 ページ: 2061～2068
  • DOI: 10.2355/isijinternational.ISIJINT-2022-054
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Hierarchical Deformation Heterogeneity during Luders Band Propagation in an Fe-5Mn-0.1C Medium Mn Steel Clarified through in situ Scanning Electron Microscopy (2022)
  • 著者名/発表者名: Koyama Motomichi、Yamashita Takayuki、Morooka Satoshi、Yang Zhipeng、Varanasi Rama Srinivas、Hojo Tomohiko、Kawasaki Takuro、Harjo Stefanus
  • 雑誌名: ISIJ International 巻: 62 ページ: 2043～2053
  • DOI: 10.2355/isijinternational.ISIJINT-2022-098
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Strain Rate and Temperature Effects on Hydrogen Embrittlement of Stable and Metastable High-Entropy Alloys (2022)
  • 著者名/発表者名: Koyama M.、Ichii K.、Tsuzaki K.
  • 雑誌名: Physical Mesomechanics 巻: 25 ページ: 385～392
  • DOI: 10.1134/S1029959922050010
  • 査読あり
• [雑誌論文] Factors Distinguishing Hydrogen-Assisted Intergranular and Intergranular-Like Fractures in a Tempered Lath Martensitic Steel (2022)
  • 著者名/発表者名: Chen Tingshu、Chiba Takahiro、Koyama Motomichi、Akiyama Eiji、Takai Kenichi
  • 雑誌名: Metallurgical and Materials Transactions A 巻: 53 ページ: 1645～1658
  • DOI: 10.1007/s11661-022-06608-2
• [雑誌論文] Microstructure and Plasticity Evolution During L?ders Deformation in an Fe-5Mn-0.1C Medium-Mn Steel (2022)
  • 著者名/発表者名: Koyama Motomichi、Yamashita Takayuki、Morooka Satoshi、Sawaguchi Takahiro、Yang Zhipeng、Hojo Tomohiko、Kawasaki Takuro、Harjo Stefanus
  • 雑誌名: ISIJ International 巻: 62 ページ: 2036～2042
  • DOI: 10.2355/isijinternational.ISIJINT-2021-510
• [学会発表] Acceleration mechanism of hydrogen-assisted fatigue crack growth in an equiatomic CoCrFeMoNi high-entropy alloy (2022)
  • 著者名/発表者名: M. Koyama, S. Mizumachi, E. Akiyama, K. Tsuzaki
  • 学会等名: 日本金属学会
  • 招待講演
• [学会発表] Multi-scale in Situ Characterization of Micro-deformation During Luders Band Propagation in a Medium Mn Steel (2022)
  • 著者名/発表者名: M. Koyama, R.S. Varanasi, T. Hojo, T. Yamashita, S. Morooka, T. Kawasaki, S. Harjo
  • 学会等名: The 7th International Conference on Electronic Materials and Nanotechnology for Green Environment
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Alloy design for hydrogen-resistant high-strength metals (2022)
  • 著者名/発表者名: Motomichi Koyama
  • 学会等名: 2022 Alloy Design Workshop
  • 国際学会 / 招待講演