2002 Fiscal Year Annual Research Report

ギガサイクル疲労破壊機構に及ぼす水素の影響の解明と疲労強度信頼性向上方法の確立

Research Project

Project/Area Number	14001002
Research Institution	Kyushu University
Principal Investigator	村上敬宜九州大学, 大学院・工学研究院, 教授 (10038010)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	吉村達彦九州大学, 大学院・工学研究院, 教授 (40325501) 杉崎昌和九州大学, 大学院・総合理工学研究院, 教授 (10037905) 南雲道彦早稲田大学, 理工学部, 教授 (40208062) 高井健一上智大学, 理工学部, 助教授 (50317509) 松岡三郎物質材料研究機構, 材料基盤情報ステーション, 副ステーション長
Keywords	ギガサイクル疲労破壊 / 水素 / 高強度鋼 / Optically Dark Area (ODA) / フィッシュ・アイ / 介在物 / 極値統計 / √areaパラメータモデル
Research Abstract	・引張圧縮疲労試験機(10〜300Hz)による繰返し数N=5×10^8の疲労試験および超音波疲労試験機(20kHz)による繰返し数N=3×10^9までの疲労試験をおこない,疲労強度に及ぼす繰返し速度の影響を調べた. ・金属顕微鏡,AFM, SEMによるOptically Dark Area(ODA)とその周囲の観察をおこない,き裂発生,進展機構の破壊力学的考察を行った. ・各種熱処理を施した水素含有量の異なる試験片により疲労試験を行い,水素含有量が多いほどODAの寸法が大きくなることを明らかにした. ・極値統計法による介在物寸法の予測結果と疲労破壊起点の介在物の寸法との相関を調べ,実機の評価を行う際に必要な検査面積を決定する方法を提案した. ・超微小硬度法による介在物のヤング率の評価手法に関する研究をおこない,直径数10μmの介在物のヤング率を測定する手法を開発した. ・トリチウムオートラジオグラフによる金属材料中の水素分布の可視化に関する研究を行い,介在物周辺に存在する水素を可視化する方法を開発した. ・水素含有量の異なる試験片の介在物とその周囲をSIMSにより観察し,ODAの形成と水素含有量には大きな相関があることを明らかにした. ・体積力法,有限要素法による介在物から発生した3次元き裂の応力拡大係数の解析をおこなった. ・水素エンジン燃焼後のシリンダー内の材料の疲労強度評価を行い,水素燃焼が疲労強度に及ぼす影響を調べた. ・研究成果を燃料電池周辺機器へ応用するために,実機で用いられている材料(SUS304)の疲労試験を水素雰囲気中で行い,水素雰囲気中では大気中に比べてき裂進展速度が速くなることを明らかにした. ・ODAの成長曲線と√<area>パラメータモデルを組み合わせた新しい疲労寿命設計法を提案した.

Research Products

(44 results)

All Other

All Publications (44 results)

[Publications] Yukitaka MURAKAMI: "Stress Singularity at the Corner Point of 3-D Surface Crack under Mode II Loading"JSME International Journal. A Vol.45,No.2. 161-169 (2002)
[Publications] 高橋宏治: "ねじり疲労強度に及ぼす引張圧縮疲労試験により導入した微小予き裂の影響(せん断平均応力および引張りまたは圧縮平均応力の影響)"日本機械学会論文集(A編). 68巻668号. 117-124 (2002)
[Publications] Yukitaka Murakami: "MECHANISM OF FATIGUE FAILURE IN ULTRALONG LIFE REGIME AND APPLICATION TO FATIGUE DESIGN"Proc. of the Eighth International Fatigue Congress,"Fatigue2002"Stockholm, Sweden. Vol.5. 2927-2938 (2002)
[Publications] Hisao MATSUNAGA: "THE EFFECT OF HYDROGEN ON THE HIGH CYCLE FATIGUE STRENGTH OF TI-6AL-4V"Proc. of the Eighth International Fatigue Congress"Fatigue 2002", Stockholm, Sweden. Vol.4. 2525-2532 (2002)
[Publications] 橋村真治: "ボルト・ナット締結体における締付け力の検出法"日本機械学会論文集(C編). 68巻671号. 211-218 (2002)
[Publications] 村上敬宜: "ModeII疲労き裂進展下限界値ΔKIIthの測定"材料. 51巻8号. 918-925 (2002)
[Publications] Yukitaka Murakami: "Influence of Hydrogen Trapped by Inclusions on Fatigue Strength of Bearing Steel"BEARING STEEL TECHNOLOGY, ASTM Stock Number : STP1419. STP1419. 113-124 (2002)
[Publications] K.Mori: "A New non-contacting non-destructive testing method for defect detection in concrete"NDT&E International. 35. 399-406 (2002)
[Publications] Kazuya Mori: "A New Tightening Method for Bolted Joints by the Simultaneous Application of Torque and Compressive Force"SAE 2001 TRANSACTIONS VOL.110 JOURNAL OF MATERIALS & MANUFACTURING CECTION 5. 818-824 (2002)
[Publications] 小田原悟: "流力弾性振動による疲労破壊(累積疲労損傷値に及ぼす初期欠陥寸法の影響)"日本機械学会論文集(A編). 68巻673号. 76-84 (2002)
[Publications] Yukitaka MURAKAMI: "Growth Mechanism and Threshold of Mode II and Mode III Fatigue Crack"Proc. of the 14th European Conference on Fracture-ECF14 Under the auspices of ESIS and ASTM, Cracow, Poland. Vol.II. 493-500 (2002)
[Publications] J.Nagata: "Influence Factors of the Formation of ODA in Ultralong Fatigue Life Regime"Proc. of the 14th European Conference on Fracture-ECF14 Under the auspices of ESIS and ASTM, Cracow, Poland. Vol.II. 517-524 (2002)
[Publications] Y.MURAKAMI: "Mechanism of fatigue failure in ultralong life regime"Fatigue & Fracture of Engineering Materials & Structures. Vol.25,No.8/9. 735-746 (2002)
[Publications] 松永久生: "FODがTi-6Al-4V合金の疲労強度に及ぼす影響"材料. 51巻11号. 1259-1266 (2002)
[Publications] S.Zhou: "Experimental investigation on statistics of extremes for three-dimensional distribution of non-metallic inclusions"Materials Science and Technology. Vol.18. 1535-1543 (2002)
[Publications] Yukitaka Murakami: "Effects of small defects on fatigue properties of materials, mechanism of ultralong life fatigue and applications to fatigue design car components"Proc. of SAE2002 World Congress Detroit, Michigan March 4-7. 2002-01-0575. 1-12 (2002)
[Publications] 植田徹: "高強度鋼の超長寿命疲労破壊における水素の影響とODAの破面形態"日本機械学会論文集(A編). (in press).
[Publications] 長田淳治: "超長寿命疲労破壊におけるODA(Optically Dark Area)の形成に及ぼす諸因子"材料. (in press).
[Publications] Y.Furuya: "Improvement of gigacycle fatigue properties by modified ausforming in 1600 and 2000 MPa-class low-alloy steels"Metallurgical and Materials Transactions. 33A. 3421-3431 (2002)
[Publications] 古谷佳之: "改良オースフォームを適用したSCM440鋼の高サイクル疲労特性(第二報:1600MPa及び2000MPa級改良オースフォーム材の疲労特性)"日本機械学会論文集(A編). 68. 1347-1351 (2002)
[Publications] 古谷佳之: "超音波疲労試験を利用した介在物検査手法"鉄と鋼. 88. 643-650 (2002)
[Publications] K.Miyahara: "Development and application of a combined AFM-nanoindentation system with a silicon tip and a diamond indenter"Philosophical Magazine. Vol.82. 2149 (2002)
[Publications] Masao Hayakawa: "Microstructural Analyses of Grain Boundary Carbides of Tempered Martensite in Medium-Carbon Steel by Atomic Force Microscopy"Materials Transactions. 43. 1758-1766 (2002)
[Publications] Masao Hayakawa: "Atomic force microscopy of inductuion-and furnace-heating-tempered prestressed steels with different delayed fracture properties"Scripata Materialia. 47. 655-661 (2002)
[Publications] 早川正夫: "改良オースフォームした耐水素割れ感受性に優れる中炭素鋼焼もどしマルテンサイトのAFM組織解析"日本金属学会誌. 66. 745-753 (2002)
[Publications] 阿部孝行: "430℃と500℃で焼戻されたばね鋼SUP7の10^<10>サイクル疲労特性"鉄と鋼. 888. 786 (2002)
[Publications] 蛭川寿: "フェライト/パーライト鋼のナノ強度解析"日本機械学会論文集A編. 68. 1038 (2002)
[Publications] 蛭川寿: "焼き戻しマルテンサイト鋼のナノ領域強度解析"日本機械学会論文集A編. 68. 1473 (2002)
[Publications] 長島: "Si探針による高分解能観察が可能なAFM超微小押し込み試験機の開発"日本機械学会論文集A編. 68. 1481-1488 (2003)
[Publications] Y.Furuya: "10^<10>-cycle fatigue properties of 1800 MPa-class JIS-SUP7 spring steel"Fatigue & Fracture of Engineering Materials & Structures. (in press).
[Publications] M.Nagumo: "Fatigue Damage and Its Interaction with Hydrogen in Martensitic Steels"Mater. Sci. Eng.. A(in press). (2003)
[Publications] K.Yokoyama: "Hydrogen embrittlement of Ni-Ti superelstic alloy in fluoride solution"J. Biomedical Materials Research. (in press).
[Publications] T.Ohmisawa: "Detection of Hydrogen Trap Distribution in Steel using Microprint-Technique"J. Alloys and Compounds. (in press).
[Publications] K.Takai: "Visualization of Hydrogen Desorption Process from Ferrite, Pearlite and Graphite by Secondary Ion Mass Spectrometry"Metallurgical and Materials Transactions. 33,A. (2002)
[Publications] 高井健一: "金属・イオン・共有結合性材料の環境脆化"熱処理. Vol.43,・1号. (2003)
[Publications] K.Takai: "Hydrogen in Trapping States Innocuous to Environmental Degradation of High-strength Steels"ISIJ International. Vol.43. (2003)
[Publications] M.Nagumo: "Function of hydrogen in intergranular fracture of martensitic steels"Phil. Mag. A,82. 3415-3525 (2002)
[Publications] M.Nagumo: "Enhanced susceptibility to delayed fracture in pre-fatigued martensitic steel"Mater. Sci. Eng.. A,344. 86-91 (2003)
[Publications] M.Nagumo: "Fatigue-Hydrogen Interactions"Proc. 1^<st> Int. Conf. Advanced Structural Steels, Iron Steel Inst. Japan. 255-256 (2002)
[Publications] T.Yamaguchi: "Simulation of Hydrogen Thermal Desorption under Reversible Trapping by Lattice Defects"ISIJ International. 43. 514-519 (2003)
[Publications] K.Yokoyama: "Susceptibility to delayed fracture of Ni-Ti superelastic alloy"Mater. Sci. Eng. A,341. 91-97 (2003)
[Publications] M.Nagumo: "Functions of Microstructures in Delayed Fracture of Martensitic Steels"Proc. Int. Conf. Hydrogen Effects in Materials and Corrosion-Deformation Interactions, The Minerals, Metals and Materials Society, Warrendale. (in press). (2003)
[Publications] Yukitaka Murakami: "Metal Fatigue : Effects of Small Defects and Nonmetallic Inclusions"Elsevier Science Ltd, Oxford, UK. 369 (2002)
[Publications] 南雲道彦: "いろいろな破壊形態の統一的理解"、材料破壊の基礎から応用-信頼性の高い材料の開発・応用にむけて"日本金属学会. 1-8 (2002)

2002 Fiscal Year Annual Research Report

ギガサイクル疲労破壊機構に及ぼす水素の影響の解明と疲労強度信頼性向上方法の確立

Principal Investigator

村上 敬宜 九州大学, 大学院・工学研究院, 教授 (10038010)

Research Products

[Publications] Yukitaka MURAKAMI: "Stress Singularity at the Corner Point of 3-D Surface Crack under Mode II Loading"JSME International Journal. A Vol.45,No.2. 161-169 (2002)

[Publications] 高橋 宏治: "ねじり疲労強度に及ぼす引張圧縮疲労試験により導入した微小予き裂の影響(せん断平均応力および引張りまたは圧縮平均応力の影響)"日本機械学会論文集(A編). 68巻668号. 117-124 (2002)

[Publications] Yukitaka Murakami: "MECHANISM OF FATIGUE FAILURE IN ULTRALONG LIFE REGIME AND APPLICATION TO FATIGUE DESIGN"Proc. of the Eighth International Fatigue Congress,"Fatigue2002"Stockholm, Sweden. Vol.5. 2927-2938 (2002)

[Publications] Hisao MATSUNAGA: "THE EFFECT OF HYDROGEN ON THE HIGH CYCLE FATIGUE STRENGTH OF TI-6AL-4V"Proc. of the Eighth International Fatigue Congress"Fatigue 2002", Stockholm, Sweden. Vol.4. 2525-2532 (2002)

[Publications] 橋村 真治: "ボルト・ナット締結体における締付け力の検出法"日本機械学会論文集(C編). 68巻671号. 211-218 (2002)

[Publications] 村上 敬宜: "ModeII疲労き裂進展下限界値ΔKIIthの測定"材料. 51巻8号. 918-925 (2002)

[Publications] Yukitaka Murakami: "Influence of Hydrogen Trapped by Inclusions on Fatigue Strength of Bearing Steel"BEARING STEEL TECHNOLOGY, ASTM Stock Number : STP1419. STP1419. 113-124 (2002)

[Publications] K.Mori: "A New non-contacting non-destructive testing method for defect detection in concrete"NDT&E International. 35. 399-406 (2002)

[Publications] Kazuya Mori: "A New Tightening Method for Bolted Joints by the Simultaneous Application of Torque and Compressive Force"SAE 2001 TRANSACTIONS VOL.110 JOURNAL OF MATERIALS & MANUFACTURING CECTION 5. 818-824 (2002)

[Publications] 小田原 悟: "流力弾性振動による疲労破壊(累積疲労損傷値に及ぼす初期欠陥寸法の影響)"日本機械学会論文集(A編). 68巻673号. 76-84 (2002)

[Publications] Yukitaka MURAKAMI: "Growth Mechanism and Threshold of Mode II and Mode III Fatigue Crack"Proc. of the 14th European Conference on Fracture-ECF14 Under the auspices of ESIS and ASTM, Cracow, Poland. Vol.II. 493-500 (2002)

[Publications] J.Nagata: "Influence Factors of the Formation of ODA in Ultralong Fatigue Life Regime"Proc. of the 14th European Conference on Fracture-ECF14 Under the auspices of ESIS and ASTM, Cracow, Poland. Vol.II. 517-524 (2002)

[Publications] Y.MURAKAMI: "Mechanism of fatigue failure in ultralong life regime"Fatigue & Fracture of Engineering Materials & Structures. Vol.25,No.8/9. 735-746 (2002)

[Publications] 松永 久生: "FODがTi-6Al-4V合金の疲労強度に及ぼす影響"材料. 51巻11号. 1259-1266 (2002)

[Publications] S.Zhou: "Experimental investigation on statistics of extremes for three-dimensional distribution of non-metallic inclusions"Materials Science and Technology. Vol.18. 1535-1543 (2002)

[Publications] Yukitaka Murakami: "Effects of small defects on fatigue properties of materials, mechanism of ultralong life fatigue and applications to fatigue design car components"Proc. of SAE2002 World Congress Detroit, Michigan March 4-7. 2002-01-0575. 1-12 (2002)

[Publications] 植田 徹: "高強度鋼の超長寿命疲労破壊における水素の影響とODAの破面形態"日本機械学会論文集(A編). (in press).

[Publications] 長田 淳治: "超長寿命疲労破壊におけるODA(Optically Dark Area)の形成に及ぼす諸因子"材料. (in press).

[Publications] Y.Furuya: "Improvement of gigacycle fatigue properties by modified ausforming in 1600 and 2000 MPa-class low-alloy steels"Metallurgical and Materials Transactions. 33A. 3421-3431 (2002)

[Publications] 古谷 佳之: "改良オースフォームを適用したSCM440鋼の高サイクル疲労特性(第二報:1600MPa及び2000MPa級改良オースフォーム材の疲労特性)"日本機械学会論文集(A編). 68. 1347-1351 (2002)

[Publications] 古谷 佳之: "超音波疲労試験を利用した介在物検査手法"鉄と鋼. 88. 643-650 (2002)

[Publications] K.Miyahara: "Development and application of a combined AFM-nanoindentation system with a silicon tip and a diamond indenter"Philosophical Magazine. Vol.82. 2149 (2002)

[Publications] Masao Hayakawa: "Microstructural Analyses of Grain Boundary Carbides of Tempered Martensite in Medium-Carbon Steel by Atomic Force Microscopy"Materials Transactions. 43. 1758-1766 (2002)

[Publications] Masao Hayakawa: "Atomic force microscopy of inductuion-and furnace-heating-tempered prestressed steels with different delayed fracture properties"Scripata Materialia. 47. 655-661 (2002)

[Publications] 早川正夫: "改良オースフォームした耐水素割れ感受性に優れる中炭素鋼焼もどしマルテンサイトのAFM組織解析"日本金属学会誌. 66. 745-753 (2002)

[Publications] 阿部孝行: "430℃と500℃で焼戻されたばね鋼SUP7の10^<10>サイクル疲労特性"鉄と鋼. 888. 786 (2002)

[Publications] 蛭川 寿: "フェライト/パーライト鋼のナノ強度解析"日本機械学会論文集A編. 68. 1038 (2002)

[Publications] 蛭川 寿: "焼き戻しマルテンサイト鋼のナノ領域強度解析"日本機械学会論文集A編. 68. 1473 (2002)

[Publications] 長島: "Si探針による高分解能観察が可能なAFM超微小押し込み試験機の開発"日本機械学会論文集A編. 68. 1481-1488 (2003)

[Publications] Y.Furuya: "10^<10>-cycle fatigue properties of 1800 MPa-class JIS-SUP7 spring steel"Fatigue & Fracture of Engineering Materials & Structures. (in press).

[Publications] M.Nagumo: "Fatigue Damage and Its Interaction with Hydrogen in Martensitic Steels"Mater. Sci. Eng.. A(in press). (2003)

[Publications] K.Yokoyama: "Hydrogen embrittlement of Ni-Ti superelstic alloy in fluoride solution"J. Biomedical Materials Research. (in press).

[Publications] T.Ohmisawa: "Detection of Hydrogen Trap Distribution in Steel using Microprint-Technique"J. Alloys and Compounds. (in press).

[Publications] K.Takai: "Visualization of Hydrogen Desorption Process from Ferrite, Pearlite and Graphite by Secondary Ion Mass Spectrometry"Metallurgical and Materials Transactions. 33,A. (2002)

[Publications] 高井健一: "金属・イオン・共有結合性材料の環境脆化"熱処理. Vol.43,・1号. (2003)

[Publications] K.Takai: "Hydrogen in Trapping States Innocuous to Environmental Degradation of High-strength Steels"ISIJ International. Vol.43. (2003)

[Publications] M.Nagumo: "Function of hydrogen in intergranular fracture of martensitic steels"Phil. Mag. A,82. 3415-3525 (2002)

[Publications] M.Nagumo: "Enhanced susceptibility to delayed fracture in pre-fatigued martensitic steel"Mater. Sci. Eng.. A,344. 86-91 (2003)

[Publications] M.Nagumo: "Fatigue-Hydrogen Interactions"Proc. 1^<st> Int. Conf. Advanced Structural Steels, Iron Steel Inst. Japan. 255-256 (2002)

[Publications] T.Yamaguchi: "Simulation of Hydrogen Thermal Desorption under Reversible Trapping by Lattice Defects"ISIJ International. 43. 514-519 (2003)

[Publications] K.Yokoyama: "Susceptibility to delayed fracture of Ni-Ti superelastic alloy"Mater. Sci. Eng. A,341. 91-97 (2003)

[Publications] M.Nagumo: "Functions of Microstructures in Delayed Fracture of Martensitic Steels"Proc. Int. Conf. Hydrogen Effects in Materials and Corrosion-Deformation Interactions, The Minerals, Metals and Materials Society, Warrendale. (in press). (2003)

[Publications] Yukitaka Murakami: "Metal Fatigue : Effects of Small Defects and Nonmetallic Inclusions"Elsevier Science Ltd, Oxford, UK. 369 (2002)

[Publications] 南雲 道彦: "いろいろな破壊形態の統一的理解"、材料破壊の基礎から応用-信頼性の高い材料の開発・応用にむけて"日本金属学会. 1-8 (2002)

村上敬宜九州大学, 大学院・工学研究院, 教授 (10038010)

[Publications] 高橋宏治: "ねじり疲労強度に及ぼす引張圧縮疲労試験により導入した微小予き裂の影響(せん断平均応力および引張りまたは圧縮平均応力の影響)"日本機械学会論文集(A編). 68巻668号. 117-124 (2002)

[Publications] 橋村真治: "ボルト・ナット締結体における締付け力の検出法"日本機械学会論文集(C編). 68巻671号. 211-218 (2002)

[Publications] 村上敬宜: "ModeII疲労き裂進展下限界値ΔKIIthの測定"材料. 51巻8号. 918-925 (2002)

[Publications] 小田原悟: "流力弾性振動による疲労破壊(累積疲労損傷値に及ぼす初期欠陥寸法の影響)"日本機械学会論文集(A編). 68巻673号. 76-84 (2002)

[Publications] 松永久生: "FODがTi-6Al-4V合金の疲労強度に及ぼす影響"材料. 51巻11号. 1259-1266 (2002)

[Publications] 植田徹: "高強度鋼の超長寿命疲労破壊における水素の影響とODAの破面形態"日本機械学会論文集(A編). (in press).

[Publications] 長田淳治: "超長寿命疲労破壊におけるODA(Optically Dark Area)の形成に及ぼす諸因子"材料. (in press).

[Publications] 古谷佳之: "改良オースフォームを適用したSCM440鋼の高サイクル疲労特性(第二報:1600MPa及び2000MPa級改良オースフォーム材の疲労特性)"日本機械学会論文集(A編). 68. 1347-1351 (2002)

[Publications] 古谷佳之: "超音波疲労試験を利用した介在物検査手法"鉄と鋼. 88. 643-650 (2002)

[Publications] 蛭川寿: "フェライト/パーライト鋼のナノ強度解析"日本機械学会論文集A編. 68. 1038 (2002)

[Publications] 蛭川寿: "焼き戻しマルテンサイト鋼のナノ領域強度解析"日本機械学会論文集A編. 68. 1473 (2002)

[Publications] 南雲道彦: "いろいろな破壊形態の統一的理解"、材料破壊の基礎から応用-信頼性の高い材料の開発・応用にむけて"日本金属学会. 1-8 (2002)