Al-Zn-Mg合金における水素脆化発生挙動のマルチモーダル3Dイメージベース解析

Multi-modal 3D image-based simulation of hydrogen embrittlement crack initiation in Al-Zn-Mg alloy

比嘉 良太*; 藤原 比呂*; 戸田 裕之*; 小林 正和*; 海老原 健一   ; 竹内 晃久*

Higa, Ryota*; Fujihara, Hiro*; Toda, Hiroyuki*; Kobayashi, Masakazu*; Ebihara, Kenichi; Takeuchi, Akihisa*

Al-Zn-Mg合金において、その強度向上には水素脆化の抑制が必要である。本研究では、X線CTから得られた3次元多結晶微細構造データに基づくモデルによる結晶塑性有限要素法及び水素拡散解析を用いて、実際の破断領域における応力、ひずみ及び水素濃度の分布を調べた。さらに、引張試験のX線CTによるその場観察とシミュレーションを組み合わせて、応力、ひずみ、水素濃度の分布と実際のき裂発生挙動を比較した。その結果、結晶塑性に起因する粒界に垂直な応力負荷が主に粒界き裂発生を支配することが明らかになった。また、結晶塑性に起因する内部水素の蓄積は、き裂発生にほとんど影響しないことがわかった。

In Al-Zn-Mg alloys, suppression of hydrogen embrittlement is necessary to improve their strength. In this study, the distribution of stress, strain, and hydrogen concentration in the actual fracture region was investigated using the crystal plasticity finite element method and hydrogen diffusion analysis based on a model derived from three-dimensional polycrystalline microstructural data obtained by X-ray CT. In addition, the distributions of stress, strain, and hydrogen concentration were compared with the actual crack initiation behavior by combining in-situ observation of tensile tests using X-ray CT and simulation. The results show that stress loading perpendicular to the grain boundary due to crystal plasticity dominates grain boundary crack initiation. It was also found that internal hydrogen accumulation due to crystal plasticity has little effect on crack initiation.