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論文

Internal stress distribution for generating closure domains in laser-irradiated Fe-3%Si(110) steels

岩田 圭司*; 今福 宗行*; 鈴木 環輝*; 菖蒲 敬久; 折原 秀人*; 酒井 祐介*; 秋田 貢一; 大谷 眞一*; 石山 和志*

Journal of Applied Physics, 117(17), p.17A910_1 - 17A910_4, 2015/03

 被引用回数:2 パーセンタイル:82.81(Physics, Applied)

レーザーを照射した鉄3%シリコン鋼に還流磁区を生じさせる内部応力分布を、高エネルギー放射光X線解析および変分原理に基づく磁区理論によって検討した。測定された試験片内の三軸応力は圧縮で、圧延方向の応力がほかの方向の応力よりも支配的であった。還流磁区に関する磁気エネルギーの変分原理に基づく計算により、測定された三軸応力が、還流磁区が無い場合の主磁区よりも、磁区をより安定させていることが分かった。実験および計算結果から、レーザー誘起内部応力が還流磁区を発生させていることを示した。

論文

X-ray line profile study on shot/laser-peened stainless steel

熊谷 正芳*; 秋田 貢一; 今福 宗行*; 大谷 眞一*

Advanced Materials Research, 996, p.39 - 44, 2014/08

 被引用回数:3 パーセンタイル:6.77

ショットピーニング(SP)およびレーザーピーニング(LP)を施工したオーステナイトステンレス鋼の微視組織をX線ラインプロファイル解析法によって調査した。SP、LPの両試験片ともほぼ同様の残留応力深さ分布を有するが、微視組織はピーニング施工表面のみならず、表面から数ミクロン深さにおいても微視組織は異なっていた。転位密度はSP試験片のほうがLP試験片よりも高く、また、結晶子サイズはSPのほうがLPよりも小さかった。

論文

Relaxation behavior of laser-peening residual stress under tensile loading investigated by X-ray and neutron diffraction

秋田 貢一; 林 健吾*; 竹田 和也*; 佐野 雄二*; 鈴木 裕士; 盛合 敦; 大谷 眞一*

Mechanical Engineering Journal (Internet), 1(4), p.SMM0029_1 - SMM0029_8, 2014/08

ピーニング技術による圧縮残留応力の導入は、疲労や応力腐食割れ等の鋼の強度特性の改善に有効である。ただし、圧縮残留応力は稼働時に機器に作用する熱的あるいは機械的な外力が原因で低下する可能性がある。本研究では、レーザーピーニングを施したフェライト鋼の静的引張荷重下における表面及び内部の残留応力挙動を、X線および中性子回折によって検討した。X線回折および中性子回折の相補利用により、応力緩和プロセスを明確に示す実験的確証が得られた。また、引張負荷応力下における臨界負荷応力の値は、内部の最大引張残留応力値とvon Misesの降伏条件によって推定できることを示した。

論文

Workhardening and the microstructural characteristics of shot- and laser-peened austenitic stainless steel

熊谷 正芳*; 秋田 貢一; 今福 宗行*; 大谷 眞一*

Materials Science and Engineering A, 608, p.21 - 24, 2014/07

 被引用回数:4 パーセンタイル:62.01(Nanoscience & Nanotechnology)

ショットおよびレーザーピーニングを施工したSUS316ステンレス鋼の機械的特性を硬さ試験によって調査し、また、加工硬化と微視組織との関係を検討した。X線プロファイル解析を用いて転位密度を評価した。ショットピーニングにおいてのみマルテンサイトが生成されたにもかかわらず、ショットピーニングとレーザーピーニング試験片における硬さと転位密度の平方根との間には一義的な直線関係が認められた。したがって本研究においてはマルテンサイトには硬さは影響していないことが分かった。圧縮残留応力が納入材の降伏点よりも高くなった原因は、転位密度増加に伴う加工硬化が原因であることが明らかとなった。

論文

X-ray diffraction study on microstructures of shot/laser-peened AISI316 stainless steel

熊谷 正芳*; 秋田 貢一; 板野 祐太*; 今福 宗行*; 大谷 眞一*

Journal of Nuclear Materials, 443(1-3), p.107 - 111, 2013/11

 被引用回数:15 パーセンタイル:11.96(Materials Science, Multidisciplinary)

X線回折線プロファイル解析により、ショット及びレーザーピーニングした316ステンレス鋼の微視組織を調査した。なお、両試験片の残留応力分布はほぼ同等となるように各ピーニング条件を調整した。X線回折線プロファイル解析の結果、両試験片において転位密度の増加及び結晶子サイズの減少が見られたが、特に、ショットピーニング試験片における変化が大きかった。この差は、ピーニング時の塑性変形メカニズムに起因していると考えられる。

論文

ピーニング処理したオーステナイト系ステンレス鋼における微視組織のX線回折を用いた評価

熊谷 正芳*; 秋田 貢一; 今福 宗行*; 大谷 眞一*

日本材料学会第62期通常総会・学術講演会論文集(USB Flash Drive), 2 Pages, 2013/05

ショットピーニング(SP)及びレーザーピーニング(LP)を施した316ステンレス鋼の転位密度と結晶子寸法をX線回折プロファイル解析によって求めた。なお、両方の試料にはほぼ同じ深さ分布の残留応力を導入してある。SP及びLPのいずれの試料においても転位密度は増加し、結晶子寸法は低下した。ただし、転位密度はSPのほうがLPの場合よりも非常に高く、またSPの結晶子サイズはLPの約3分の1であった。これらの微視組織の差は、ピーニング時の塑性変形メカニズムの違いによって生じたと考えられる。

論文

アルミニウム合金におけるレーザーピーニング残留応力の機械的負荷による緩和挙動

宮下 大輔*; 竹田 和也*; 大谷 眞一*; 佐野 雄二*; 斎藤 利之*; 秋田 貢一

材料, 60(7), p.617 - 623, 2011/07

表面圧縮残留応力の緩和は、引張応力を負荷した場合には、表面圧縮残留応力にバランスしている内部の引張残留応力領域において、また、圧縮荷重が作用した場合は、表面下の最大圧縮残留応力が発生している領域において、塑性変形が生じることで緩和する。引張,圧縮のいずれの場合も、表面の合計応力(=残留応力+負荷応力)が、材料の降伏点よりも低い時点で残留応力緩和が始まる。この原因は、塑性変形により残留応力が再配分されるためである。本研究での考察はすべて材料の機械的変形挙動に基づいており、したがって、本研究で得られた結論は、機械的な表面処理によって導入した圧縮残留応力の挙動に適用可能と考えられる。

論文

機械的負荷によるレーザーピーニング残留応力の緩和挙動

秋田 貢一; 宮下 大輔*; 竹田 和也*; 大谷 眞一*; 菖蒲 敬久; 佐野 健二*; 齋藤 利之*

日本材料学会第44回X線材料強度に関するシンポジウム講演論文集, p.46 - 50, 2010/07

レーザーピーニング(LP)を施工したアルミニウム合金に引張及び圧縮負荷が作用した場合の表面圧縮残留応力緩和プロセスを検討した。残留応力は、X線,放射光,中性子によって実測し、併せて有限要素法解析も行った。明らかになった残留応力緩和プロセスは次の通りである。LP施工材に作用する引張負荷を増加していくと、表面層の圧縮残留応力に釣り合う形で存在する内部の引張残留応力領域がまず塑性変形する。また、圧縮負荷の場合は、表面直下の最大圧縮残留応力領域で塑性変形が開始する。このように内部が先に塑性変形して残留応力の再配分が発生するため、表面の降伏に先立って表面の圧縮残留応力が緩和する。

論文

レーザーピーニング施工したアルミニウム合金の疲労強度に及ぼす圧縮残留応力効果

竹田 和也*; 大石 将之*; 秋田 貢一; 大谷 眞一*; 佐野 健二*; 齋藤 利之*

日本材料学会第44回X線材料強度に関するシンポジウム講演論文集, p.51 - 55, 2010/07

アルミ合金のLP施工材における疲労特性に及ぼす圧縮残留応力の効果を検討した。疲労負荷中の残留応力変化をX線によって測定した。残留応力は疲労の第1サイクルにおいて負荷応力に応じて緩和し、その後はほぼ一定であった。1サイクル後の残留応力を平均応力とみなすことで、疲労寿命に及ぼす残留応力の効果を定量的に評価することができた。

口頭

高エネルギー放射光によるレーザーパルス照射痕のひずみスキャニング測定

堺 崇弘*; 秋田 貢一*; 大谷 眞一*; 菖蒲 敬久

no journal, , 

表面改質技術の一つであるレーザーピーニングの残留応力発生メカニズム解明のためには、直径1mm前後のレーザーパルスを一発照射した照射痕下の残留応力分布を明らかにする必要がある。そこで高エネルギー放射光によるひずみスキャニング法を用いて、50$$mu$$m$$times$$50$$mu$$mの微小領域で残留応力算出に必要な3方向のひずみを測定した。3方向のひずみから算出した残留応力分布はFEM結果と対応し妥当な結果を得ることができた。

口頭

Residual stress measurements using synchrotron X-ray on nickel-based superalloy at cryogenic temperatures

秋田 貢一*; 小野 嘉則*; 菖蒲 敬久; 宮下 大輔*; 由利 哲美*; 緒方 俊夫*; 大谷 眞一*

no journal, , 

In this study, residual stress distributions beneath the surface of a shot-peened Ni-based superalloy INCONEL718 were measured at cryogenic temperatures from 5K to room temperature using monochromatic high energy synchrotron X-rays in SPring-8. The compressive residual stress was introduced into the surface to a depth about 0.12 mm by shot-peening. The changes in residual stress distributions with temperature were observed within about 0.05 mm depth from the surface. The maximum residual stress just beneath the surface increased with decreasing temperature. The residual stress distribution deeper than 0.05 mm was not changed in spite of the temperature changes. The changes in the fatigue crack initiation sites from the surface at room temperature to inside at cryogenic temperatures can be explained by the results obtained in this study; namely, the temperature dependence of the residual stress just beneath the surface.

口頭

極低温におけるNi基超合金ピーニング材の残留応力深さ分布測定

宮下 大輔*; 秋田 貢一*; 大谷 眞一*; 小野 嘉則*; 緒方 俊夫*; 由利 哲美*; 菖蒲 敬久

no journal, , 

国産ロケットの信頼性向上を目的としたロケットエンジンに使用される構造材料の強度特性評価を高エネルギー放射光応力測定により実施した。Ti材試験片における温度と表面内部応力分布の関係を測定した結果、低温において表面部の圧縮残留応力が増大することが明らかになった。この結果から、おそらく低温における内部破壊の原因は、この表面部の圧縮応力とバランスする内部引張応力によるものであると推察される。

口頭

放射光による鉄単結晶のレーザーパルス照射痕近傍残留応力分布測定

酒井 裕介*; 秋田 貢一*; 大谷 眞一*; 末吉 一行*; 菖蒲 敬久; 今福 宗行*; 鈴木 環輝*; 岩田 圭司*

no journal, , 

トランスの軸として利用されているSi鉄単結晶表面にレーザーピーニングを導入した際に発生する残留応力分布測定を放射光を用いて実施した。その結果、ピーニングを導入した部分の内部に強い圧縮残留応力、その周りに引張残留応力を確認した。この結果は、表面と全く反対であり、内部の軸の分布との相関に関して現在検討中である。

口頭

Relaxation behavior of peening residual stress under mechanical loading investigated by neutron diffraction

秋田 貢一; 林 健吾*; 竹田 和也*; 佐野 雄二*; 大谷 眞一*

no journal, , 

機械的負荷によるピーニング残留応力の緩和過程を中性子回折法を用いて検討した。表面圧縮残留応力の緩和は、表面応力が降伏応力に達するよりも低い負荷レベルにおいて発生した。これは、この時点で部材の板厚中心付近の引張残留応力領域が降伏点に達し、残留応力が再配分したためである。したがって、引張負荷応力下における表面圧縮残留応力の緩和を検討する場合は、内部残留応力分布の把握が重要である。

口頭

Relaxation behavior of residual stress under mechanical loading investigated by neutron and X-ray diffraction

秋田 貢一; 竹田 和也*; 佐野 雄二*; 大谷 眞一*

no journal, , 

本研究では、中性子回折,X線回折及び有限要素法解析を用いて、表面圧縮残留応力の機械的負荷に対する緩和過程を検討した。供試材は、構造用鋼SM41(降伏点286MPa)である。表面圧縮残留応力の緩和は引張応力が187MPaの時点から生じたが、この時点では表面の塑性変形は生じていなかった。この残留応力緩和は、板厚中心近傍の塑性変形により残留応力が再配分した結果生じたことがわかった。以上から、引張負荷における表面圧縮残留応力の緩和挙動を明らかにするためには、内部引張残留応力の大きさと分布を把握することが重要であることを示した。

口頭

ピーニング処理したオーステナイトステンレス鋼のX線ラインプロファイル解析を用いた微視組織評価

熊谷 正芳*; 秋田 貢一; 今福 宗行*; 大谷 眞一*

no journal, , 

本研究ではオーステナイト系ステンレス鋼に方式の異なるショットピーニング(SP)およびレーザーピーニング(LP)の二つのピーニング施工を行い、施工方式の違いにより生じる微視組織の違いをラインプロファイル解析によって定量的に評価した。その結果、SP処理およびLP処理によって同程度の残留応力分布となるよう加工した場合、SPの転位密度はLPと比べ十倍程度高いことが分かった。また、残留応力の深さ方向分布は同等であったが、硬さはSP材の方がLP材と比べ各深さにおいて大きくなる傾向があった。この結果は転位密度の上昇による加工硬化によって説明できることを示した。

口頭

バルク状黒鉛のX線応力測定法の検討

熊谷 正芳*; 岩田 沙織*; 秋田 貢一; 黒田 雅利*; 大谷 眞一*

no journal, , 

原子炉材料として使用する際の課題として、中性子の照射による寸法変化や熱膨張、微視き裂の発生などがあり、継続的に研究が行われてきた。しかし、研究の多くは顕微鏡などによる組織観察と機械的性質の測定などが中心であった。一方で、黒鉛材料には成形時に導入される残留応力や上記の寸法変化・熱膨張などによる使用中に生じる応力・残留応力についての検討は多くない。そこで、本研究では金属材料では応力測定方法として広く用いられているX線応力測定法によるバルク黒鉛の応力測定法について検討を行った。その結果、004回折の格子歪が外部負荷と対応することを実験的に確認し、X線による非接触・非破壊での残留応力測定の可能性を示した。

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