Quantitative Evaluation of residual life of heat-resistant alloy under random creep-fatigue loadings at elevated temperature

点击翻译按钮获取中文摘要

本研究では各種高効率エネルギープラントで応用される最先端耐熱合金の高温クリープ疲労損傷の支配因子の定量的な解明を目的としている．この劣化損傷の進行過程を，構造材料の高温高負荷環境における劣化損傷が材料を構成する構成原子の応力依存の異方的増速原子拡散現象（D = D0exp{-(Q-σV)/kT}）に基づき発生することを明らかにした．ここでDは拡散定数，D0は定数，Qは熱力学的に定義される平衡状態での活性化エネルギー，σは作用する応力，Vは等価体積，kはボルツマン定数，Tは絶対温度である．特に本年度においては応力依存項を高精度化し，劣化損傷の活性化エネルギーをQ’ = Q - (SF)σnom V [ 1 - exp{-α(εnom +εint -εcr)}]で表現することで粒界品質に依存した劣化の活性化エネルギーの多様性を定量的に把握できることを実証した．ここでSFは粒界を構成する結晶粒のSchmid因子の最大値，αは定数，σnomは公称応力，εnomは公称ひずみ，εintは格子不整合，εcrは弾性限界ひずみである．この局所的ひずみエネルギーに依存して粒界近傍の活性化エネルギーが減少し，原子空孔や転位の発生，集積が加速することで粒界品質が劣化し，結果として粒界強度が減少することで粒界割れが急激に加速し破断寿命の著しい現象を引き起こすことを定量的に解明した．また，この粒界強度の劣化現象を分子動力学解析によって確認実証した．粒界近傍に発生する局所ひずみ集中場は，格子不整合に加えて，隣接する結晶粒間の結晶方位差に基づく弾性率差によって公称応力下で発生するひずみ差が重畳することで上記劣化損傷がさらに加速することが明らかになった．