高温下におけるキャビティ生成・成長の加速・抑制因子; 数値計算による成長シミュレーション

The Acceleration factor and inhibitor of the generation and growth of the cavity at high temperature; Computer simulation on growth of cavity

向井 将一; 上野 文義  

not registered; Ueno, Fumiyoshi

キャビティの生成・成長挙動に関する研究は,クリープ試験により得られた破断後の試験片の破面観察,あるいは中断試験で得られた試料を観察することにより行われることが多いが,結晶粒界上に発生した1ミクロン程度のキャビティの成長挙動を連続観察により経時的に把握することは容易ではない.数値計算によるシミュレーションは観察が困難な材料内部の局所的な挙動を連続的に追跡できるため,キャビティの成長挙動を検討する上で有効な手段となることが考えられる.本研究では,結晶粒界上に発生したキャビティの成長挙動について拡散方程式を用いた数値シミュレーションを試み,表面拡散/粒界拡散,応力等の因子がキャビティの成長におよぼす影響について以下の知見を得た.(1) 粒界拡散が表面拡散に比べ十分大きい場合には,キャビティはき裂形状に遷移する.一方,表面拡散が粒界拡散に比べ十分大きい場合には,キャビティは初期形状を保ちながら成長する.(2)粒界拡散が表面拡散に比べ十分大きい場合には,粒界に作用する垂直応力に誘起された粒界拡散によりキャビティ先端部付近の成長速度が著しく加速される.(3)表面拡散が粒界拡散に比べ十分大きい場合には,キャビティ表面での化学ポテンシャルの分布はほぼ均一であるが,粒界拡散が表面拡散に比べ大きくなるにつれて,キャビティ先端部での化学ポテンシャルの勾配が大きくなる.

lt is difficult to get hold the behave of growth of cavity which nucleates in grain boudaly in experimental observation. lt is considerd that numerical simulation is effective for the grasp of behave of cavity growth, because it is able to grasp the microscopic behavior of internal material whici is hardly observation. We examine the factor that the diffusive ratio and the stress etc., affected growth of cavity on grain boundary with numerical simulation using diffusive equation. As the result, a following knowledge was obtained. (1)With dominant of grain boundary diffusion, the shape of cavity transitions from quasi-equilibrium to crac-like. ln other hand, with dominant of surface diffusion, cavity grows up with initial shape. (2)With dominate of grain boundary diffusion, it accelerates the growth rate of the cavity near the tip by grain boundaly diffusion induced stressing perpendicular to gain boundary (3)With dominant of surface diffusion, the distribution of chemical potential is uniformity on cavity surface. ln other hand, with dominant of grain boundary diffusion compare to that of surface diffusion, the gradient of chemical potential is increased at the tip of cavity.