Discovery Sagaサイレントキーワード俯瞰

強度 / 靭性 / 破壊 / 疲労 / クリープ / 応力腐食割れ / 超塑性 / 摩耗 / その場観察 / TEM / ドメイン / 電子顕微鏡法 / セラミックス / 破壊・変形 / 粒界・界面 / 転位 / 原子配列

実際に材料を使用する外的な刺激の下における構造および特性の相関性を明らかにすることが実用材料の本当の構造-特性の相関性を理解することにつながる.本研究プロジェクトでは,外的な刺激を加えながら観察を行うその場電子顕微鏡法の開発およびその材料への応用を目的として研究を行った.応力を加えた際のセラミックス中の転位の運動・双晶界面の形成などを直接観察した他,圧電材料でのドメイン移動を直接観察することに成功したなどの成果が得られた.

強度 / 靭性 / 破壊 / 疲労 / クリープ / 応力腐食割れ / 超塑性 / 磨耗 / 耐熱材料 / 軽量化 / ユビキタス元素 / 金属組織学 / 金属間化合物 / 加工熱処理

本研究ではTi合金や耐熱鋼に替わる高比強度Fe_3Al基耐熱合金の開発を目指し、結晶粒微細化による高靭性化、600℃までの高温強度と高温安定性について調べた。その結果、600℃程度までの用途を想定したFe_3Al基耐熱合金の設計指針として、温間加工中に微細なκ-Fe_3AlC炭化物を導入すると母相の結晶粒が細分化され、低温側での強化に有効なこと、及び、本合金への少量のMoの添加は600℃までの降伏強度と温間加工組織の安定性を向上するのに有効であることを見出した。

構成則 / 塑性 / 破壊 / エネルギー吸収 / 靭性 / 3軸拘束 / 有限要素解析 / エネルギ-吸収 / 耐震

本研究では、三次元応力状態のコンクリートの一般化構成則の開発を行い、主として横補強鉄筋や鋼材によって拘束されるRC部材の靭性と耐力、およびエネルギー吸収能力を解析的に予測する技術の確立を目指し、実験・理論化・検証・プログラム化・部材による実験検証を行った。
1.三次元拘束応力下のコンクリートの弾塑性破壊挙動:三軸拘束を与えたコンクリートの多軸載荷実験を行い、コンクリートの塑性変形と弾性剛性の低下率をせん断および体積成分のそれぞれに対して分離した。その結果、3次元拘束効果は、せん断弾性挙動に現れる剛性低下率と体積塑性挙動の中に、顕著に発現することが明らかとなった。
2.三次元応力下の弾塑性破壊複合構成則の開発:弾性・塑性・破壊(コンクリートの内部組織の損傷に起因するせん断剛性低下)挙動の相互作用と連成を考慮した構成則の開発を行い、実験結果との多角的な検証を行い、高い精度が確保されていることを明らかにした。
3.エネルギー吸収予測システムの構築:定式化した弾塑性破壊複合構成則を、三次元有限要素解析プログラムに組入れ、内部応力状態と塑性・損傷破壊状態の三次元的分布を解析するシステムを構築した。解析された情報から、部材が吸収する塑性エネルギーと、部材を構成する材料が破壊・損傷することに消費される破壊エネルギーを定量化することが可能となり、あわせて部材・構造のエネルギー吸収予測システムが完成した。
エネルギー吸収能は、部材の耐震性と靭性に密接に関連しており、吸収エネルギーの予測はRC部材・構造の耐震性能の数値解析的筋評価を可能とする。また、RC部材レベルでのシステムの精度・適用範囲を検証し、実用に耐えうるものであることを示した。

破壊 / 靭性 / 破壊遷移 / 脆性破壊 / 延性破壊 / 破面 / 破壊力学 / 鉄鋼 / 変形組織 / フラクトグラフィ-

延性・脆性遷移温度域での破壊には延性破壊要素と脆性破壊要素が含まれ、靭性の温度依存性にはこれらを区別せねばならない。前者は安定延性き裂の伝播抵抗R曲線で代表される。結晶粒径およびフェライトマトリクスの靭性をSi量で変えた低炭素綱についてR曲線の精密な測定を行ない、R曲線には温度依存性はほとんどないことを確認した。一方R曲線にたいする金属組織の影響は結晶粒径やフェライトマトリクス靭性は少ないが、C量や特筆すべきこととして結晶粒界炭化物などすべりの抵抗になる組織因子が顕著な効果をもつことが見出された。
したがって、昨年度の結果と一致して、靭性の温度依存性は脆性破壊発生段階にあることになり、破壊力学解析結果と対応させることにより靭性が比較的低い段階ではき裂先端領域の引張り応力が、またき裂先端の鈍化が進み、安定き裂が形成される段階では歪みが脆性破壊起点の発生を支配することを明らかにした。このことは遷移温度域破壊にすべり変形が本質的な役割を果たしていることを示すものである。
脆性破壊起点近傍の破面直下組織を透過電子顕微鏡で観察し、低温で靭性が低い場合でもすべり変形が進行して転位セルが交差して形成されセル壁に微小な空洞が生じていることが見出された。従来考えられている粒界炭化物など第二相粒子の割れではなく、変形組織が脆性破壊起点の生成をもたらすものと考えられる。
従来、脆性破壊の代表例として考えられてきた焼戻し脆性による粒界破壊においても、計装化シャルピー試験による破壊過程の解析を行なった結果、粒界脆化の進行は安定延性き裂の発生を容易にすることを見出した。

【研究分担者】
山本剛久	名古屋大学	大学院・工学研究科	教授	(Kakenデータベース)
溝口照康	東京大学	生産技術研究所	准教授	(Kakenデータベース)
柴田直哉	東京大学	大学院・工学系研究科	准教授	(Kakenデータベース)
着本享	東北大学	原子分子材料科学高等研究機構	講師	(Kakenデータベース)
佐藤幸生	東京大学	大学院・工学系研究科	助教	(Kakenデータベース)

【研究分担者】
小澤一雅 (小沢一雅)	東京大学	工学部	助教授	(Kakenデータベース)