SAMURAI - NIMS Researchers Database

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Research

Keywords

金属疲労,材料力学

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PublicationsNIMS affiliated publications since 2004.

Presentations

Society memberships

日本機械学会, 日本鉄鋼協会, 日本金属学会

Awards

  • 日本機会学会, 材料力学部門, 優秀講演表彰 (2020)
  • 日本鉄鋼協会, 研究奨励賞 (2018)
  • The 5th World Materials Institutes Forum, Outstanding presentation (2016)
  • 日本機会学会, 論文賞 (2012)
Research Center for Structural Materials
Title

材料の組織と寿命を繋ぐミクロな疲労亀裂の先進評価技術

Keywords

金属疲労,亀裂進展,その場観察,ハイスループット,積層造形,三次元解析

Overview

金属疲労を予測する、防ぐ、或いは疲労に強い金属材料に開発には、材料の微細組織と疲労の関係を理解する必要がある。そのためには、組織に敏感なミクロな疲労亀裂の挙動を理解することが重要となる。NIMSでは、独自の自動その場観察システムを構築することで、ミクロな疲労亀裂の発生・成長に関するデータをハイスループットで取得できるようにした。これにより多くの微細組織に対応した疲労データが収集できるようになり、微細組織の疲労における役割に関する多くの新知見を得ることに成功した。さらに、疲労亀裂に特化した大規模かつ高解像度な3D解析技術を構築することで、その成長メカニズムに関する新知見を得ることにも成功した。

Novelty and originality

従来、観察に多大な労力を必要としたミクロな疲労亀裂の発生・成長過程を、全自動で観察する顕微鏡システムを構築
多様な微細組織に対応したミクロな疲労亀裂発生・成長データの収集
特異な微細組織が現れる積層造形材料への展開と疲労破壊メカニズムの解明
ミクロな疲労亀裂の解析に特化した大規模・高解像度3D解析技術の確立
50年にわたる未解決課題であった、ミクロな疲労亀裂の結晶学的な成長メカニズムの解明

Details

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Fig. 1は、疲労亀裂の自動観察システムであり、疲労試験中、定期的にパノラマ状に試験片表円の顕微鏡画像を自動取得する。Fig. 2は、このシステムで観察したミクロな疲労亀裂の発生過程であり、いつ・どこから亀裂が発生したのか高解像度で観察できる。Fig. 3は、積層材料の疲労亀裂成長挙動の例であり、このように、造形方式による組織変化に対応して亀裂成長速度が変化する様子をハイスループットで評価できる。Fig. 4は、大規模3D解析により調べた疲労亀裂面の結晶方位である(微細組織解析グループ、超耐熱材料グループとの連携)。疲労亀裂の大部分がすべり面に沿って成長していることを解明した。

Summary

多様な微細組織に対応したミクロな疲労データの蓄積と、それによる組織ー疲労特性の相関関係の明確化
疲労限度における停留亀裂の問題など、亀裂発生・成長に関する様々な未解決課題の解明
経験則に頼った工学的な疲労寿命予測からの脱却

この機能は所内限定です。
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