2012 Fiscal Year Annual Research Report
高強度チタン合金における内部起点型微小き裂の可視化と超高サイクル疲労機構の解明
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24246024
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
中村 孝 北海道大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (30237408)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
中井 善一 神戸大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (90155656)
渡辺 精一 北海道大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (60241353)
塩澤 大輝 神戸大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (60379336)
小熊 博幸 北海道大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (80515122)
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| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | 疲労 / 超高サイクル疲労 / 内部起点型破壊 / 真空 / 放射光 / き裂伝播 |
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| Research Abstract |
本研究では，大規模放射光施設(SPring-8）を用いて，高強度チタン合金の材料内部に発生する数十μm程度の微小き裂を検出し，その伝播過程を明らかにすることにより，超高サイクル疲労機構の解明を試みるものである．本年度は次年度以降にSPring-8を利用して本格的な内部き裂の検出実験を行うために， (1)SPring-8内で稼動できる超小型疲労試験機の開発，(2)材料内部に疲労き裂を有する試験片の製作，(3)放射光を用いた内部疲労き裂検出のための予備実験，(4)疲労破面の解析，(5)繰返し負荷過程における組織微細構造の分析，を実施した．その結果，(1)では，SPring-8への搬入が可能な超小型サーボ疲労試験機の開発に成功した．さらに，ロードセル，試験機フレーム，および試験片を一体とするカセット式負荷装置の開発も行い，CTイメージング測定用回転ステージにカセットを着脱できるようにした．これによって，CTイメージングごとの軸合わせが不要となり，効率的な観察が可能となる．(2)では，多数の超高サイクル疲労試験を行い，内部き裂を確実に有する試験片を準備することができた．(3)では，人工欠陥を導入した試験片について放射光によるCTイメージングを行い，人工欠陥からのき裂の発生および進展が検出できることを示した．(4)では，内部き裂の破面をSEMにより詳細に解析し，その伝播過程の3次元的特徴を明らかにした．(5)では繰返し負荷過程において材料組織にナノ微細化構造が現れることを示し，内部き裂の伝播過程で生じる同種の構造の理由を考察した．以上の検討により，次年度以降に放射光を用いて材料内部のき裂進展を本格的に観察し，超高サイクル疲労機構をモデル化するための準備が整った．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
「研究実績の概要」の項で述べたように，平成24年度の目的であった(1)～(5)の項目は全て順調に実施することが出来ており，平成25年度に予定しているSPring-8での本格的な実験の準備が概ね整ったため．
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| Strategy for Future Research Activity |
SPring-8での実験は平成25年度の前期(2013A）に1回，後期（2013B）に1回を予定している．前期の実験では平成24年度に開発した疲労試験装置をSPring-8内に持ち込み，疲労試験と放射光によるCTイメージングを交互に繰返し，内部微小疲労き裂の検出を試みる．同時に，内部き裂検出のためのCTイメージング条件の最適化を行う．後期の実験では，前期の実験で得たノウハウを基に，疲労試験機のチューニングを行うとともに，内部疲労き裂の伝播過程をさらに詳しく観察することで，その伝播速度の実測を試みる．また，内部き裂周囲は大気が欠如した環境であることに着目し，これを模擬するために超高真空中で微小き裂伝播試験を行い，放射光で観察した内部き裂伝播との類似点・相違点を，破面形態やき裂周囲の組織構造解析に基づいて明らかにする．
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Research Products
(4 results)
