直流パルス及び高周波電子風力制御による金属疲労き裂治癒

使用直流脉冲和高频电子风控修复金属疲劳裂纹

基本信息

批准号：
22K18761
负责人：
細井厚志
金额：
$ 4.08万
依托单位：
Waseda University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-06-30 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K18761/
关键词：
損傷治癒疲労き裂治癒

项目摘要

機械や構造物には寿命が存在する．金属材料の疲労破壊を遅延させる技術としては，ショットピーニングや高周波焼き入れ等の手法が挙げられる．これらの手法では疲労寿命を改善することが可能であるが，き裂や転位等の損傷自体を修復することはできない．根本的に疲労損傷部分を修復することでインフラの長寿命化，安全性の向上を低コストで行う技術が求められており，き裂治癒技術は脱炭素社会や持続可能な社会の実現につながることが期待される．これまでの研究により，電流印加により疲労き裂の発生が遅延することや疲労寿命が延長されることが明らかになっている．しかし，電流印加による金属の損傷回復，疲労き裂発生の遅延に関するメカニズムは解明されていない．特に，疲労き裂発生の初期段階における固執すべり帯（Persistent Slip Band: PSB）に対する電流印加の影響を調査している論文は少なく，さらなる調査が求められている．そこで本研究では，パルス電流印加がPSBによって形成される突き出しと，PSB内の空孔濃度に与える影響を実験及び解析的に評価した．実験では試験片にパルス電流を印加した場合しなかった場合のPSBの突き出し成長速度を比較し，パルス電流印加前後での材料表面近傍の抵抗値を比較した．パルス電流印加を行うと，突き出し成長が遅くなり，抵抗値も減少した．このことは．パルス電流印加により，PSB内の空孔を含む点欠陥の濃度が低下したことが考えられる．PSBの空孔濃度の減少は，空孔濃度が再び定常状態に達するまで，突き出し成長を抑制すると結論付けた．

机器和结构都有使用寿命。延迟金属材料疲劳失效的技术包括喷丸强化和感应淬火。这些方法虽然可以提高疲劳寿命，但无法修复裂纹、位错等损伤本身。需要从根本上修复疲劳损坏部件的技术，以低成本延长基础设施的使用寿命并提高安全性，而裂纹修复技术将有望实现脱碳和可持续发展的社会。先前的研究表明，施加电流可以延迟疲劳裂纹的萌生并延长疲劳寿命。然而，金属损伤恢复和当前应用引起的疲劳裂纹萌生延迟的机制尚未阐明。特别是，很少有论文研究电流应用对疲劳裂纹萌生初始阶段的持久滑移带（PSB）的影响，需要进一步研究。因此，在本研究中，我们通过实验和分析评估了脉冲电流施加对PSB形成的突起和PSB内的空位浓度的影响。在实验中，我们比较了对样品施加脉冲电流和不施加脉冲电流时PSB的突起生长速率，并比较了施加脉冲电流之前和之后材料表面附近的电阻。当施加脉冲电流时，突起生长减慢并且电阻值下降。这是...据认为，由于施加脉冲电流，PSB中包括空位的点缺陷的浓度降低。我们得出的结论是，降低 PSB 中的空位浓度会抑制挤压生长，直到空位浓度再次达到稳定状态。