2017 Fiscal Year Annual Research Report
Development of fatigue crack healing technology in metallic materials by atomic diffusion and elucidation of healing mechanism
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15K05694
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| Research Institution | Waseda University |
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Principal Investigator |
細井 厚志 早稲田大学, 理工学術院, 准教授 (60424800)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | き裂治癒 / 疲労 / 金属 / 塑性誘起き裂閉口 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
これまでの研究において，疲労き裂進展に伴う塑性誘起き裂閉口現象によりき裂部に生じた圧縮残留応力がき裂治癒の駆動力となること，また熱処理冷却過程における冷却雰囲気が，き裂面酸化被膜の除去及びき裂面の接合性に影響を及ぼすことが示唆された．そこで本研究では，一般構造用圧延鋼材SS400を用いてき裂治癒効果に寄与すると考えられる塑性誘起き裂閉口現象とき裂治癒効果との関係性の解明を目的として，予き裂導入前後における熱処理の冷却速度，熱処理雰囲気を制御した試験片を用いて，疲労き裂開口荷重評価，及びデジタル画像相関法による疲労き裂進展過程におけるき裂部周辺変位場の連続的な取得による評価を行った．さらに，熱処理のき裂治癒過程におけるき裂界面の詳細な評価を目的としてTEM-EDSを用いた治癒後のき裂界面の観察・分析評価を行った．
除荷弾性コンプライアンス法によるき裂開口荷重評価から，予き裂導入前の熱処理において冷却速度の高い試験片では高いき裂開口荷重を示し，治癒熱処理によるき裂部の接合強度が向上する傾向が見られた．各熱処理後の試験片において金属組織観察を行った結果，冷却速度の大きい水素環境熱処理試験片においては真空炉内徐冷試験片と比較して金属組織の微細化する傾向が見られたことからも試験片の靭性向上に伴う塑性誘起き裂閉口の影響が向上したことが示唆された．また，水素環境熱処理にてき裂治癒を施した試験片についてTEMによるき裂治癒部界面の観察・分析評価を行った結果，き裂治癒部と見られる領域において標準部と比較してナノスケールの微細な結晶構造を形成している様相が見られた．EDSによる成分分析結果からき裂治癒界面に酸化膜や窒化物が残留した結果と考えられる．
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