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論文

引張負荷下で単一すべり系が活動するアルミニウム単結晶の延性損傷評価

柴野 純一*; 梶原 堅太郎*; 塚本 拓也*; 河合 紘和*; 三浦 節男*; Zhang, S.*; 菖蒲 敬久

材料, 63(7), p.533 - 538, 2014/07

SPring-8、BL28B2からの白色X線を利用し、アルミニウム単結晶の延性破壊進展挙動の検証を実施した。その結果、以下の2点を明らかにした。(1)延性損傷進展に伴い発生した転移セルの回転は、水辺面内に比べ垂直面内で大きく、特に負荷ひずみ0.05のときのノッチ近傍の角度変化が大変大きく、これは引張負荷によるAl(111)面のすべり活動が転位セルの生成と回転に大きな影響を及ぼしている。(2)転位密度は材料の延性損傷が進むことで全体に増加したが、ノッチ近傍では相対的に低く、これは延性損傷進展によるひずみエネルギーの解放の影響によるものである可能性を見出した。

論文

Evaluation of ductile damage progress of aluminum single crystal with prior activity of single slip system under tensile loading by using synchrotron white X-ray

柴野 純一*; 梶原 堅太郎*; 塚本 拓也*; 河合 紘和*; 三浦 節男*; Zhang, S.*; 菖蒲 敬久; 小林 道明*

Materials Science Forum, 777, p.176 - 181, 2014/02

A ductile damage progress of an aluminum single crystal with the prior activity of the single slip system under tensile loading was verified by a profile analysis using white X-ray obtained in BL28B2 beam line of SPring-8. In this study, the aluminum single crystal of the purity 6N was used as a specimen prepared in I-type geometry for tensile test. In profile analysis, an instrumental function was defined in consideration both of a divergence by a slit and a response function peculiar to the energy dispersive method. The Gauss component of integral breadth related to non-uniform strain and the Cauchy component of integral breadth related to crystallite size were determined by eliminating the broadening by the instrumental function from the diffraction profile of white X-ray. As a result, the characteristics of ductile damage progress near the notch of the aluminum single crystal were inspected from the distribution of both non-uniform strain and dislocation density.

論文

アルミニウム単結晶延性損傷評価のための放射光白色X線による検討

柴野 純一*; 木曽 稔*; 梶原 堅太郎*; 菖蒲 敬久; 三浦 節男*; 小林 道明*

材料, 62(7), p.443 - 450, 2013/07

FCC単結晶の延性損傷の進展と結晶方位の関係を実験的に検証するにはX線回折法が有効である。本研究では、アルミニウム単結晶を塑性域まで引張変形させ、結晶内部から得られた透過回折X線プロファイルから不均一ひずみや転移密度分布を評価した。その結果、負荷ひずみが1.1%の段階でノッチ底から斜め約45$$^{circ}$$の方向にひずみの増大が見られたが、2.2%の段階ではノッチ底から斜め45$$^{circ}$$方向に格子ひずみの減少が確認された。そして、これらとプロファイル解析の結果から、[001]方位が引張負荷方向を向いたアルミニウム単結晶のノッチ近傍の不均一ひずみ分布と転位密度分布から、延性損傷の進展方向とその特徴を明らかにした。

論文

Transmission imaging and strain mapping in the vicinity of internal crack tip using synchrotron white X-ray

柴野 純一*; 梶原 堅太郎*; 桐山 幸治*; 菖蒲 敬久; 鈴木 賢治*; 西村 優*; 三浦 節男*; 小林 道明*

Materials Science Forum, 638-642, p.2476 - 2481, 2010/01

A transmission imaging and a strain mapping in the vicinity of a crack tip in steel were investigated using a high energy white X-ray obtained from BL28B2 beam line at SPring-8 in Japan. Low-alloy and high-tensile steel was used as a specimen prepared in the G-type geometry with a rectangular sectional part of 5 mm thickness for a four-point bending. As the results, the transmitted image of the crack showed that the crack in the specimen was propagated deeper than that on the surface. It became clear by the numerical simulation that the FWHM of diffracted X-ray profile measured near the crack tip was increased due to the steep change in the strain distribution. It was confirmed that the synchrotron white X-ray was useful for the imaging of the internal crack and the strain mapping near it.

論文

回折法による材料評価の新しい展開,2; 高エネルギー放射光による応力測定

菖蒲 敬久; 柴野 純一*

材料, 58(11), p.948 - 954, 2009/11

高エネルギー放射光を用いた応力測定手法が産業利用を中心として利用されている。本誌では国内外を通じてこれまでに行われている測定手法から測定例までを紹介した。この業界では日本ではまだ世界に比べて遅れており、0次元検出器を使った測定手法により鉄鋼材料を中心として利用されている。これに対して欧米では多次元検出器を利用することで効率よく材料内部の残留応力分布を計測している。今後は、アクセサリーを駆使することで実環境下における応力測定が展開するものと期待される。

論文

放射光白色X線を用いたCTによる丸棒鋼内部き裂の観察とその先端近傍のひずみマッピング

柴野 純一*; 桐山 幸治; 梶原 堅太郎*; 菖蒲 敬久; 鈴木 賢治*; 新居 恭征*; 三浦 節男*; 小林 道明*

材料, 58(7), p.596 - 602, 2009/07

A computerized tomography and a strain mapping near a crack tip in material were investigated using a white X-ray obtained from BL28B2 beam line at SPring-8 in Japan. The computerized tomography of the crack in the specimen was carried out by using the CCD camera that can detect indirectly the X-ray transmitted through the specimen. To measure the strain using the energy dispersive X-ray diffraction technique. As the results, the computerized tomography of the crack in the specimen under the tensile loading was practicable by using the white X-ray. The map of the internal strain near the crack tip of the specimen could be obtained using the high energy white X-ray. It was confirmed that the maximum tensile strain was distributed circularly along the crack tip estimated by CT.

論文

放射光白色X線による内部き裂先端近傍のイメージングとひずみマッピングの検討

柴野 純一*; 梶原 堅太郎*; 桐山 幸治; 菖蒲 敬久; 鈴木 賢治*; 西村 優*; 三浦 節男*; 小林 道明*

材料, 57(7), p.667 - 673, 2008/07

An imaging and a strain mapping in the vicinity of crack tip in materials were investigated using high energy white X-ray obtained from BL28B2 beam line at SPring-8 Japan. Low-alloy and high-tensile steel (JIS G3128 SHY685) was used as a specimen shaped into G-type and introduced a fatigue crack into the beam of it. As the results, the imaging of the crack of the length of about 1mm in the specimen with loading of crack opening is practicable by using high energy synchrotron white X-ray. The plastic region estimated from the distribution of FWHM almost agreed with the theoretical value calculated by fracture mechanics. It was confirmed that the high energy white X-ray was useful for the imaging of the crack and the strain mapping in the vicinity of it in the depth of the order of millimeter.

論文

Measurement of internal strain in materials using high energy white X-ray at SPring-8

柴野 純一*; 菖蒲 敬久; 鈴木 賢治*; 桐山 幸治; 梶原 堅太郎*; 金子 洋; 小林 道明*

Materials Science Forum, 571-572, p.267 - 270, 2008/00

In this paper, the strain in the bulk of material was measured using high energy white X-rays from synchrotron radiation sources of BL14B1 and BL28B2 at SPring-8 in Japan. JIS-S45C carbon steel and JIS-SHY685 high-tensile steel were used as specimens. As a result, the internal strain of SHY685 of 15 millimeters thickness could be evaluated using X-rays with energy of 155 keV diffracted by $$alpha$$-Fe321 lattice plane. It is suitable for the high accuracy measurement to include more than or equal to 5000 grains of crystal in the gauge volume. Furthermore, the measurement error peak count and the profile which is close to Gaussian curve. However, the measurement accuracy of the internal strain of S45C was relatively low. Because the diffracted X-ray peak counts at each measurement position fluctuated with the relationship between grain size of S45C and the irradiated X-ray beam size.

論文

高エネルギー放射光白色X線を用いた材料内部ひずみ測定

柴野 純一*; 菖蒲 敬久; 鈴木 賢治*; 平田 智之*; 金子 洋; 小林 道明*

材料, 56(10), p.985 - 992, 2007/10

高エネルギー白色X線を用いた応力測定技術開発を原子力機構専用ビームラインを用いて行った。鉄鋼材の1つであるWEL-TEN780E(JIS G3128 SHY685)に負荷ひずみを加えた状態で内部ひずみをエネルギー分散法により測定した結果、マクロひずみとほぼ同等なひずみを求めることに成功した。特に本手法では、50$$mu$$m程度の微小領域のひずみを求めることができることから、今後き裂先端などの局所ひずみを求めるなどの応用が期待される。

論文

Strain measurements using high energy white X-rays at SPring-8

菖蒲 敬久; 金子 洋; 水木 純一郎; 小西 啓之; 柴野 純一*; 平田 智之*; 鈴木 賢治*

AIP Conference Proceedings 879, p.1581 - 1585, 2007/01

高エネルギー白色X線を用いた応力測定技術開発をSPring-8,BL14B1で行った。測定は半導体検出器を用いたエネルギー分散法により、SUS304鉄鋼材に加圧を加えながら内部のひずみ測定を行った。この結果、加圧によるひずみの変化を計測することに成功したが、測定誤差をはじめとするさまざまな問題点も挙げられた。

口頭

BL28B2における放射光白色応力測定

桐山 幸治; 柴野 純一*; 平田 智之*; 梶原 堅太郎*; 菖蒲 敬久; 鈴木 賢治*

no journal, , 

加工や外的圧力によって金属材料に生じた残留応力は、その材料の強度特性を変化させ、変形や疲労破壊などの原因となることがある。著者らはSPring-8の高輝度・高指向性・高エネルギーの放射光白色X線を用いて、共用ビームラインBL28B2において金属材料内部の残留応力測定手法の確立を試みた。その結果、厚さ5, 10, 15mmの試料を透過した回折線を測定することができ、その回折線ピークエネルギーの変化割合を算出することによって、試料内部のひずみ分布を求めることができた。これらの結果は、ひずみゲージで測定した同試料の負荷ひずみ分布とほぼ一致した。しかし、ひずみ分布は回折面によってばらつき度合いが異なる場合があり、回折X線のエネルギー領域や結晶粒レベルでの応力変動の影響を検討する必要性が示唆された。今後は、光学系・測定系の高精度化や材料ごとの結晶特性に応じた最適測定条件などを明確にし、さらに白色X線によって得られる複数の回折線を同時に解析に利用することで、金属材料中に存在する応力分布をより正確に定量評価できるようにしていく予定である。

口頭

高エネルギー放射光X線を用いた応力測定の手引き

菖蒲 敬久; 小西 啓之; 鈴木 賢治*; 柴野 純一*; 秋庭 義明*; 田中 啓介*

no journal, , 

近年、非破壊内部残留応力分布測定手法の1つとして高エネルギー放射光X線による応力測定が注目されている。本手法は、高輝度高エネルギーX線を使用していることからこれまで不可能とされてきた微小領域の表面から内部における応力分布測定を迅速に行うことが可能である。しかしながら取り扱う材料や求める応力分布の範囲により、使用するエネルギーから光学系,検出器,回折面など条件が異なるが、実際にどのようなことを注意してこの条件を検討するのかはあまり明確になっていない。そこで本研究ではこの条件を見つける方法について紹介する。

口頭

高エネルギー放射光白色X線による鉄鋼材料溶接部の応力測定

桐山 幸治; 柴野 純一*; 西村 優*; 菖蒲 敬久; 金子 洋; 梶原 堅太郎*; 鈴木 賢治*

no journal, , 

鉄鋼材料に見られる応力腐食割れ(Stress Corrosion Cracking:以下SCC)の原因は、溶接部近傍の微小領域における残留応力が関係していると考えられ、SCC機構解明のために残留応力測定が必要とされる。本研究では、SPring-8の日本原子力研究開発機構専用ビームラインBL14B1において高エネルギー放射光白色X線を用いた鉄鋼材料の溶接部の表面から内部の応力測定法の検討を行った。低合金高張力鋼(WEL-TEN)を材質とするスポット溶接試験片に高エネルギーの放射光白色X線を照射した。厚さ5mmの試料内部を透過してきた回折X線をGe半導体検出器で測定し、試料深さ方向・水平方向に走査することにより溶接部の2次元ひずみ分布を求めた。その結果、複数の結晶面から得られた回折X線において、スポット溶接部及び熱影響部近傍においてひずみや塑性域に関連する半価幅の分布を測定することができた。放射光白色X線を用いた本測定手法によって鉄鋼材料中の溶接部近傍の内部ひずみの分布を非破壊で評価できることが示された。今後SCC機構解明のキーポイントとなる鉄鋼材料の溶接部における材料の内部応力の詳細を明らかにすることが期待できる。

口頭

白色X線を用いた鉄鋼材料内部き裂のCT観察とひずみ分布測定

桐山 幸治; 柴野 純一*; 梶原 堅太郎*; 菖蒲 敬久; 鈴木 賢治*; 金子 洋; 西村 優*; 新居 恭征*

no journal, , 

鉄鋼材料の応力腐食割れ原因の一つとして溶接部近傍の残留応力が上げられるが、その機構解明のためにはき裂の進展具合の把握と溶接部近傍の内部ひずみ分布の理解が必要である。本研究では、SPring-8のビームラインBL28B2において高エネルギー放射光白色X線を用いて人工的にき裂をいれた鉄鋼材料のCTスキャンとき裂周辺部のひずみマッピングを行った。その結果、CTによって有負荷時のき裂開放状態において試料内部のき裂が明確に観察することができた。また、そのデータを元にき裂周辺部の内部ひずみ分布を測定したところ、CT画像と整合のある分布結果が得られた。これより放射光白色X線を用いたイメージング技術と内部ひずみ測定技術を組合せて、総合的に解析することで鉄鋼材料の内部状態の理解に大変有効であるということがわかった。

口頭

放射光白色X線を用いた鉄鋼材料内部のき裂イメージングと応力マッピング

桐山 幸治; 柴野 純一*; 梶原 堅太郎*; 菖蒲 敬久; 鈴木 賢治*; 金子 洋; 西村 優*; 新居 恭征*; 三浦 節男*; 小林 道明*

no journal, , 

鉄鋼材料の応力腐食割れ(Stress Corrosion Cracking: SCC)の機構解明には、溶接部近傍に内在する残留応力とそこで発生するき裂の進展状況を理解することが重要である。そこで、本研究では、SPring-8のビームラインBL14B1及びBL28B2において高エネルギー放射光白色X線を用いて人工的にき裂をいれた鉄鋼材料のき裂周辺部のイメージングと内部応力測定を行った。その結果、有負荷時のき裂開放状態において、イメージング画像によって試料内部のき裂を観察することができた。また、き裂周辺部の内部ひずみ分布を測定したところ、イメージング画像と整合のある結果が得られた。これより放射光白色X線を用いたイメージング技術と内部ひずみ測定技術を組合せて、総合的に解析することで鉄鋼材料の内部状態の理解に大変有効であるということがわかった。

口頭

放射光白色X線CTを用いた鉄鋼材料内部疲労き裂分布の詳細観察

桐山 幸治; 柴野 純一*; 梶原 堅太郎*; 菖蒲 敬久; 鈴木 賢治*; 新居 恭征*; 三浦 節男*; 小林 道明*

no journal, , 

溶接部近傍で発生する鉄鋼材料の応力腐食割れの機構を解明するためにはき裂の進展具合と溶接部近傍の内部ひずみ分布を非破壊で測定する必要がある。本研究では、SPring-8のビームラインBL28B2において高エネルギー放射光白色X線を用いて人工的にき裂をいれた鉄鋼材料のCTスキャンを行った。その結果、CTによって有負荷時のき裂開放状態において試料内部のき裂が明確に観察することができた。また、そのデータを元にき裂周辺部の内部ひずみ分布を測定したところ、CT画像と整合のある分布結果が得られた。これより放射光白色X線を用いたCT技術は、内部ひずみ測定技術を組合せることで鉄鋼材料の内部状態の理解に大変有効であるということがわかった。

口頭

Study of computerized tomography and strain mapping in the vicinity of crack tip in steel material using synchrotron white X-ray

柴野 純一*; 梶原 堅太郎*; 桐山 幸治; 菖蒲 敬久; 鈴木 賢治*; 新居 恭征*; 三浦 節男*; 小林 道明*

no journal, , 

A computerized tomography and a strain mapping in the vicinity of a crack tip in steel were investigated using a high energy white X-ray obtained from BL28B2 beam line at SPring-8 in Japan. Low-alloy and high-tensile steel (JIS G3128 SHY685) was used as a specimen prepared in the cylindrical geometry. A fatigue crack was introduced into the specimen by a cyclic loading. As the results, the computerized tomography of the crack in the specimen under the loading of crack opening was practicable by using the synchrotron white X-ray. The contour map of the internal strain near the crack tip of the steel of 5mm diameter could be obtained using the white X-ray with energy ranging from 50keV to 150keV. It was confirmed that the synchrotron white X-ray is useful for the computerized tomography of the internal crack and the strain mapping near it.

口頭

5mm径鋼棒内部き裂の放射光白色X線CTによる検出とひずみ分布測定

柴野 純一*; 桐山 幸治; 梶原 堅太郎*; 菖蒲 敬久; 鈴木 賢治*; 新居 恭征*; 三浦 節男*; 小林 道明*

no journal, , 

高エネルギー白色X線を用いて、疲労き裂を導入した5mm径の鉄棒内部CT観察及びひずみ分布測定を実施した。その結果、内部に広がるき裂の形状、及びその周りに広がるひずみ分布を非破壊で測定することに成功した。

口頭

放射光白色X線を用いたオーステナイト系ステンレス鋼の内部ひずみ測定法の検討

桐山 幸治; 柴野 純一*; 菖蒲 敬久; 鈴木 賢治*; 西村 優*; 金子 洋

no journal, , 

原子炉材料で用いられているオーステナイト系ステンレス鋼は50$$sim$$100$$mu$$mの粗大粒からなり、集合組織を持つため、X線回折法を原理として微小領域のひずみを測定する従来の手法では、応力(ひずみ)測定が困難であることが予測されていた。そこで本研究では、オーステナイト系ステンレス鋼に対して、同じ測定領域の複数の回折面情報が同時に得られる放射光白色X線応力測定法の有効性を検討した。試験片にはオーステナイト系ステンレス鋼SUS304を用いた(測定部:厚さ5mm)。測定の結果、回折面に依存するヤング率Ehklが類似する$$gamma$$-Fe(311), (420), (622)面の平均ひずみ分布を求めたところ、測定精度に起因する特異点が見られたが、粗大粒の影響が緩和されて、予測されるひずみ分布に近い結果が得られた。ゲージ体積内での粒分布や回折面ごとでの測定精度の違い、d0の精度などが今後の検討課題として残されるが、今回の結果から弾性率の回折面依存性を考慮した複数の回折面のひずみ平均値をとることで粗大粒組織を持つオーステナイト系ステンレス鋼の内部ひずみ分布が測定できる可能性が示された。

口頭

放射光白色X線を用いた多相鉄鋼材料のひずみ測定

桐山 幸治; 菖蒲 敬久; 柴野 純一*; 金子 洋

no journal, , 

多相鉄鋼材料のひずみを議論する場合、通常の単相鉄鋼材料と比べて、相応力等の解析のために多くの回折面情報が必要となる。一方で、放射光白色X線を用いた応力測定はエネルギー分散法によって一度に複数の回折面ピークを測定できる利点がある。そこで、この測定手法を用いて2相ステンレス鋼のひずみを測定し、本手法の有効性を確認するとともに、2相ステンレス鋼のひずみ特性を測定した。その結果、手法の有効性が認められるとともに、弾性定数の回折面依存性に関係した結果が得られた。

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