4次元的損傷分散概念に基づく多機能ヘテロ金属創製原理の創発

基于四维损伤分散概念的多功能异质金属生成原理的出现

基本信息

批准号：
22H01359
负责人：
菊池将一
金额：
$ 11.4万
依托单位：
Shizuoka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22H01359/
关键词：
金属疲労粉末冶金力学特性高輝度放射光破壊力学

项目摘要

本研究では，機械構造物の動的な破壊・破損を抑制するため，構造用金属材料のミクロ組織を周期制御してマクロに損傷を分散させる概念の確立を目的とする．チェーン状に連なる高強度相が低強度相を包み込む構造（3次元周期ヘテロ構造）に制御し，3次元構造における損傷分散の時間的変化を司ることにより，「強さ」と「しなやかさ」を兼ね備えた多機能金属を創製することは重要である．まず粉末冶金技術を駆使し，結晶粒径や元素拡散量の異なる周期ヘテロ構造金属（オーステナイト系ステンレス鋼，チタン合金，工業用純チタン）の創製に成功した．また，「高強度相が低強度相を包み込む」周期ヘテロ構造金属の特異な力学特性の解明には，各相の局所的な力学特性を把握することが必要である．そこで，稜間角の異なる複数の圧子を用いたインデンテーション法（二圧子法）によって，周期ヘテロ構造金属内の各相の局所的な応力-ひずみ関係を実験的に同定し，各相の降伏強度を定量化した．また，周期ヘテロ構造金属の損傷メカニズムに関する知見も得た．具体的には，放射光回折コントラストトモグラフィ(Diffraction contrast tomography: DCT)を用いて，まずは準静的な応力を負荷した際のヘテロ構造金属におけるミスオリエンテーション変化挙動を評価した．高輝度放射光を用いてヘテロ構造金属のミスオリエンテーション変化の負荷応力依存性を調べた結果，マクロな降伏応力より高い応力域においてネットワーク状の周期高強度相への損傷集中という特異な現象が生じ，粗大結晶粒組織の損傷が抑制されることを明らかにした．さらに，疲労き裂進展シミュレーションも行い，高強度相の形成割合が周期ヘテロ構造金属の疲労特性に及ぼす影響についても明らかにした．

这项研究旨在建立一个概念，该概念会定期控制结构金属材料的微观结构，以分配宏的损坏，以抑制动态断裂和对机械结构的损害。重要的是要通过控制以链式形状连接的高强度相连接的高强度相结合的多功能金属，将“强度”和“柔软度”结合在一起，将低强度相（三维周期性异质结构）包裹起来，并通过控制三维结构中损害分散的时间变化。首先，我们成功地创建了具有不同晶粒尺寸和元素扩散的周期性异质结构金属（奥斯丁质不锈钢，钛合金，工业纯钛）。此外，为了阐明高强度相位的周期性异质结构金属的独特机械性能，其中有必要了解每个阶段的局部机械性能。因此，使用具有不同边缘角度的多个凹痕器，通过凹痕（双凹痕法）对周期异质结构金属中每个阶段的局部应力应变关系进行了实验鉴定，并且对每个阶段的屈服强度进行了量化。我们还获得了有关周期性异质结构金属损伤机制的知识。具体而言，使用衍射对比度层析成像（DCT）用于评估当应用准静态应力时异质结构金属不良变化的行为。我们研究了使用高亮度同步辐射的异构结构金属不良变化变化的负荷应力依赖性，发现独特的现象发生在高于宏观屈服应力的压力区域中，导致独特的现象，导致损害集中在网络的周期性高潮相上，抑制了对粗晶层的抑制损害，从而抑制了对粗晶构造的损害。此外，进行了疲劳裂纹生长模拟，以阐明高强度相对周期异质结构金属疲劳特性的形成速率的影响。