Elucidation of Fatigue Phenomena Caused by Environmental Variations through Analyses of Self-Energy Change of Lattice Defects

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本研究では，力学的作用による疲労現象ではなく，化学的作用による疲労現象という新しい領域を切り拓き，環境変動に曝される部材の高精度な強度信頼性予測に資することを目的とする．具体的な問題としては，水素の吸着・脱離によって繰り返し生じる転位運動や，転位の安定構造の変化と，材料損傷との関係を紐解く．研究代表者（松本）が主に実施する計算力学的なアプローチと，研究分担者（松永）が主に実施する実験力学的なアプローチにより研究を実施している．初年度は，研究の立ち上げと，翌年度以降に必要となる基礎データの収集を行った．計算力学的なアプローチでは，最初に水素トラップによる転位のエネルギー変化を明らかにする．鉄の原子モデル中に微小な転位ループを作成した後に，ボロノイ多面体解析を用いてフリーボリュームの大きいサイトを抽出することで，転位芯まわりの水素侵入サイトの候補を選定した．次に，それらの候補位置に水素を一つずつ導入し，水素トラップエネルギーの分布を評価した．ここでは，転位ループに対する評価を実施しているため，刃状転位かららせん転位に至る混合転位部分も含めて水素トラップエネルギーを明らかにすることができた．転位ループ内では，従来の知見通り，刃状転位部分が非常に多くの水素を吸着すること，また水素のトラップによって系が安定化することが確認できた．また，実験的なアプローチでは，一定のき裂開口変位を付与した試験片を水素濃度が変動する環境に曝すことで，き裂の加速度合いと環境変動との関係を明らかにする．これまでに，焼入れ後，焼戻し温度を変化させることで，３通りの強度レベルの素材（SCM440H）を準備し，規格（ASTM E1681）に準拠したボトルロード試験片を作成した．また，試験治具の製作や，上記試験片への予き裂の導入を行い，水素ガス環境を用いた試験の条件を決定した．