超微小試験による耐照射性バナジウム合金の照射硬化評価とバルク材変形特性の予測

利用超显微试验评估耐辐照钒合金的辐照硬化并预测块体材料变形特性

基本信息

批准号：
12J00617
负责人：
宮澤健
金额：
$ 1.15万
依托单位：
The Graduate University for Advanced Studies
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2012
资助国家：
日本
起止时间：
2012 至 2013
项目状态：
已结题

项目摘要

重イオン照射試料の超微小押込み硬さ試験で得られる表面近傍の照射硬化を中性子照射試料の引張試験で得られる照射硬化と直接比較することは従来不可能であった。その障害となっていたのは、押込み硬さ試験で観察される表面から1μm程度の領域での異常な硬化現象(ISE : Indentation Size Effect)である。NixとGaoは、圧子との接触面では拘束された状態で局所的大変形が起こることから、引張試験等で自由表面を持つ試験片が均一に変形するときと比較して、より高密度の転位が接触面近傍に導入されるとして、これを説明した。本研究では、このNix-Gaoモデルを材料構成式に反映させて有限要素法解析を行うことにより、表面硬化現象を計算で再現することに成功した。これにより、重イオン照射後押込み試験による照射硬化と中性子照射後引張試験による照射硬化を直接比較することが可能になった。同じ照射量での照射硬化は重イオン照射の方が中性子照射よりも大きいことが明らかになった。重イオン照射実験の照射硬化を計算で再現するためには、照射量0.76dpaの場合で750MPaの照射硬化を仮定する必要があり、これは中性子照射実験による照射硬化340MPaの2.2倍である。この原因としては、注入イオンが中性子よりも効率的に照射欠陥を生成する過程、及び高損傷速度である重イオン照射では照射欠陥の核生成が促進され結果的に欠陥数密度が増える過程を考えると説明できる。今後の展開として、超微小押込み試験された重イオン照射材における圧痕直下部の歪み分布の実験的測定と、今回の有限要素法解析で得られた歪み分布の比較によるモデルの高精度化を目指すとともに、今回用いた手法について、材料を選ばない普遍的な方法論を確立することを目指す。

以前不可能直接比较重离子辐照样品超微压痕硬度试验获得的近表面辐照硬化与中子辐照样品拉伸试验获得的辐照硬化。该阻碍是在压痕硬度试验中在距表面约1μm的区域中观察到的异常硬化现象（ISE：压痕尺寸效应）。 Nix和Gao认为，与具有自由表面的试样在拉伸试验等中均匀变形时相比，在受到约束时，在与压头的接触表面处会发生较大的局部变形。这可以通过假设位错在附近引入来解释。接触面。在本研究中，我们通过将该Nix-Gao模型反映到材料本构方程中并进行有限元分析，成功地通过计算再现了表面硬化现象。由此，能够直接比较通过重离子照射后的压痕试验进行的照射硬化和通过中子照射后的拉伸试验进行的照射硬化。研究表明，在相同的照射剂量下，重离子照射比中子照射具有更大的照射硬化。为了通过计算重现重离子辐照实验中的辐照硬化，需要假设辐照剂量为0.76dpa时辐照硬化为750MPa，这是中子辐照实验中辐照硬化340MPa的2.2倍。其原因被认为是由于注入的离子比中子更有效地产生照射缺陷的过程，以及损伤率高的重离子照射促进了照射缺陷的成核，从而导致辐照缺陷的增加。缺陷数密度可以解释如下。作为未来的发展，我们将通过实验测量经过超微压痕试验的重离子辐照材料中压痕正下方的应变分布，并与有限元法分析获得的应变分布进行比较，以提高模型的精度。此外，我们的目标是为这次使用的方法建立一个通用的方法论，无论材料如何。