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2013 年度 実績報告書

高密度電子流衝突を利用した金属原子再配列・再結合による疲労損傷治癒

研究課題

研究課題/領域番号 23686021
研究機関名古屋大学

研究代表者

細井 厚志  名古屋大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (60424800)

研究期間 (年度) 2011-04-01 – 2014-03-31
キーワード疲労 / 損傷治癒 / 転位 / 高密度電流
研究概要

これまでの研究において,高密度の電流印加により疲労き裂の発生を遅延させることに成功した.また,この要因として疲労負荷により累積した転位密度の減少に起因していることを実験的に明らかにした.そこで,本研究では,高密度の電子流衝突により累積した転位が消滅するメカニズムを明らかにし,転位累積モデルを構築することによって,き裂発生までの残存寿命を定量的に評価することを目的とした.
これまで観察された転位密度の減少は異なる観察位置における透過型電子顕微鏡(TEM)画像から判断されたものであった.そこで本実験において,TEM観察用に作製した試料に対し直接に電流印加処理を施し,電流印加処理前後の同一試料・同一点における転位を観察することで,電流印加が転位の消滅に及ぼす影響を評価した.その結果,加熱による温度上昇および熱圧縮応力の付与によって転位の消滅は観察されなかったこと及び,電流を逆向きに流すと転位が逆向きに移動したことから,電流印加による転位の消滅に関しては,電子が金属原子に衝突する際に発生する電子風力と呼ばれる力が支配的な要因であることが示された.また,転位が消滅したメカニズムについて,転位の消滅は材料内部のひずみエネルギーを減少させるため,転位構造を形成している刃状転位が対消滅した結果であると考えられる.
一方,転位が増殖することで材料内部のひずみエネルギーが増加し,それが臨界点に達することで疲労き裂が発生すると言われている.そこで,転位論に基づき転位累積モデルを構築することによって,転位密度と疲労寿命の関係を定量的に評価した.その結果,実験結果と解析結果は良い一致を示し,転位密度の減少によって,疲労き裂の発生が遅延することを定量的に示した.

現在までの達成度 (区分)
理由

25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

25年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (10件)

すべて 2014 2013 その他

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 4件) 学会発表 (5件) (うち招待講演 1件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Quantitative evaluation of the displacement distribution and stress intensity factor of fatigue cracks healed by a controlled high-density electric current field2014

    • 著者名/発表者名
      Atsushi Hosoi, Takahiro Yano, Yasuyuki Morita and Yang Ju
    • 雑誌名

      Fatigue and Fracture of Engineering Materials and Structures

      巻: (in press)

    • DOI

      10.1111/ffe.12175

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Healing of fatigue crack by high-density electropulsing in austenitic stainless steel treated with the surface-activated pre-coating2013

    • 著者名/発表者名
      Atsushi Hosoi, Kishi Tomoya and Yang Ju
    • 雑誌名

      Materials

      巻: Vol. 6 ページ: 4213-4225

    • DOI

      10.3390/ma6094213

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Effect of high-density electric current on the microstructure and fatigue crack initiation of stainless steel2013

    • 著者名/発表者名
      Yongpeng Tang, Atsushi Hosoi, Yuichi Iwase and Yang Ju
    • 雑誌名

      Materials Transactions

      巻: Vol. 54 ページ: 2085-2092

    • DOI

      10.2320/matertrans.M2013198

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Restoration of fatigue damage in stainless steel by high-density electric current2013

    • 著者名/発表者名
      Yongpeng Tang, Atsushi Hosoi, Yasuyuki Morita and Yang Ju
    • 雑誌名

      International Journal of Fatigue

      巻: Vol. 56 ページ: 69-74

    • DOI

      10.1016/j.ijfatigue.2013.08.012

    • 査読あり
  • [学会発表] Nondestructive evaluation of wall thinning in metal pipes by microwaves and restoration of fatigue damage in stainless steel using high-density pulse current2013

    • 著者名/発表者名
      Yang Ju, Atsushi Hosoi, Fumiya Inukai and Yuichi Iwase
    • 学会等名
      Joint Symposium on Reliability Engineering & Fracture Mechanics
    • 発表場所
      Kumamoto, Japan
    • 年月日
      20131120-20131122
    • 招待講演
  • [学会発表] 高密度電流場制御と熱処理による疲労き裂閉口に関する研究2013

    • 著者名/発表者名
      浅岡幸靖,細井厚志,巨陽
    • 学会等名
      日本ばね学会2013年度秋季ばね及び復元力応用講演会
    • 発表場所
      名古屋
    • 年月日
      20131101-20131101
  • [学会発表] 高密度電流場制御による疲労損傷を付与したステンレス鋼における転位の消滅2013

    • 著者名/発表者名
      岩瀬友一,細井厚志,唐永鵬,巨陽
    • 学会等名
      日本機械学会2013年度年次大会
    • 発表場所
      岡山
    • 年月日
      20130908-20130911
  • [学会発表] 疲労き裂修復における表面活性化プリコート処理のき裂進展へ及ぼす影響2013

    • 著者名/発表者名
      浅岡幸靖,細井厚志,巨陽
    • 学会等名
      日本機械学会2013年度年次大会
    • 発表場所
      岡山
    • 年月日
      20130908-20130911
  • [学会発表] Healing of fatigue crack treated with surface-activated pre-coating method by controlling high-density electric current2013

    • 著者名/発表者名
      Atsushi Hosoi, Tomoya Kishi and Yang Ju
    • 学会等名
      13th International Conference of Fracture
    • 発表場所
      Beijing, China
    • 年月日
      20130616-20130621
  • [備考] 研究ブログ

    • URL

      http://blog2013hosoi.japanprize.jp/

URL: 

公開日: 2015-05-28  

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