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論文

Inverse pole figure mapping of bulk crystalline grains in a polycrystalline steel plate by pulsed neutron Bragg-dip transmission imaging

佐藤 博隆*; 塩田 佳徳*; 諸岡 聡; 戸高 義一*; 足立 望*; 定松 直*; 及川 健一; 原田 正英; Zhang, S.*; Su, Y.; et al.

Journal of Applied Crystallography, 50(6), p.1601 - 1610, 2017/12

 被引用回数:11 パーセンタイル:78.1(Chemistry, Multidisciplinary)

A new mapping procedure for polycrystals using neutron Bragg-dip transmission is presented. This is expected to be useful as a new materials characterization tool which can simultaneously map the crystallographic direction of grains parallel to the incident beam. The method potentially has a higher spatial resolution than neutron diffraction imaging. As a demonstration, a Bragg-dip neutron transmission experiment was conducted at J-PARC on beamline MLF BL10 NOBORU. A large-grained Si-steel plate was used. Since this specimen included multiple grains along the neutron beam transmission path, it was a challenging task for existing methods to analyze the direction of the crystal lattice of each grain. A new data-analysis method for Bragg-dip transmission measurements was developed based on database matching. As a result, the number of grains and their crystallographic direction along the neutron transmission path have been determined.

論文

Time-of-flight neutron Bragg-edge transmission imaging of microstructures in bent steel plates

Su, Y.; 及川 健一; Harjo, S.; 篠原 武尚; 甲斐 哲也; 原田 正英; 廣井 孝介; Zhang, S.*; Parker, J. D.*; 佐藤 博隆*; et al.

Materials Science & Engineering A, 675, p.19 - 31, 2016/10

 被引用回数:16 パーセンタイル:72.33(Nanoscience & Nanotechnology)

Neutron Bragg-edge transmission imaging makes it possible to quantitatively visualize the two-dimensional distribution of microstructure within a sample. In order to examine its application to engineering products, time-of-flight Bragg-edge transmission imaging experiments using a pulsed neutron source were performed for plastically bent plates composed of a ferritic steel and a duplex stainless steel. The non-homogeneous microstructure distributions, such as texture, crystalline size, phase volume fraction and residual elastic strain, were evaluated for the cross sections of the bent plates. The obtained results were compared with those by neutron diffraction and electron back scatter diffraction, showing that the Bragg-edge transmission imaging is powerful for engineering use.

論文

Microstructure and residual strain distribution in cast duplex stainless steel studied by neutron imaging

Su, Y.; 及川 健一; 川崎 卓郎; 甲斐 哲也; 塩田 佳徳*; 佐藤 博隆*; 篠原 武尚; 友田 陽*; 原田 正英; 鬼柳 亮嗣; et al.

JPS Conference Proceedings (Internet), 8, p.031015_1 - 031015_5, 2015/09

J-PARC/MLFの中性子イメージング及び回折装置は、鉄鋼材料などの実用材のミクロスコピックな特性評価に非常に有用であると期待されている。本研究では、MLFのBL10(NOBORU)において、2次元検出器を用いて鉄鋼材料の透過イメージング測定を行った。四種類の異なる条件で鋳込みを行ったフェライト($$alpha$$)-オーステナイト($$gamma$$)の二相ステンレス鋼を試料として用いた。得られた2次元の透過スペクトルに含まれるブラッグエッジ情報を、解析プログラムRITSを用いて検証し、試料の集合組織,相分布,粒径や、相応力分布の検証を行った。

口頭

Thermal expansion behavior of iron carbide Fe$$_{3}$$C

Harjo, S.; 塩田 佳徳*; 米村 雅雄*; 友田 陽*; 神山 崇*; 梅本 実*

no journal, , 

セメンタイト(Fe$$_{3}$$C)は鉄鋼材料の最も重要な相の一つであるとともに地球中心の内部コアの主な相である。一方、不安定な相であるセメンタイトの多結晶体を単体として作成することは現在まで困難であった。しかし、著者の一人は最近、メカニカルアロイング法と焼結法との組合せによりセメンタイトの多結晶単体を製造することを成功したため、構造と熱膨張挙動を加熱中のその場中性子回折実験で調べた。実験で用いた装置は飛行時間法(TOF)中性子粉末回折装置VEGAである。測定範囲は室温から673Kまでである。結果として、セメンタイトはPnma構造を持ち、その熱膨張挙動はキュリー点($it{Tc}$)に強く影響されることがわかった。$it{Tc}$(486K付近)以下では熱膨張率が非常に小さいが、$it{Tc}$以上では$$alpha$$Feと同程度であった。さらに、キュリー点直下では$it{b}$軸の熱膨張率は負の値を得た。

口頭

Strain measurements of superconducting filaments and Ag-alloy using neutron diffraction in Ag-sheathed Bi2223 tapes

町屋 修太郎; 長村 光造*; 鈴木 裕士; 塩田 佳徳*; 綾井 直樹*; 林 和彦*; 佐藤 謙一*

no journal, , 

中性子回折を用いて、BSCCO Bi2223銀シース超伝導線材において内部のビスマスフィラメントと外部の銀合金のひずみ測定を行った。無ひずみの標準試験片を準備し残留ひずみを評価するとともに、10枚スタックした試験片を用いて単軸引張り荷重下でのひずみ応答挙動を測定した。

口頭

冷間圧延されたオーステナイト系ステンレス鋼板における第二種ひずみと集合組織の形成

鈴木 裕士; Holden, T. M.*; Clausen, B.*; 塩田 佳徳*; 友田 陽*

no journal, , 

本研究では、0%, 25%及び75%冷間圧延されたSUS316オーステナイト系ステンレス鋼板の集合組織を中性子回折法により測定した。その結果、冷間圧延における典型的な集合組織の発達を観察することができた。一方、25%冷間圧延試料のそれぞれの回折について第二種ひずみを測定した結果、200回折において明確な分布が見られた。また、111, 200, 220回折の3つの回折間の第二種ひずみの関係は、これまでに報告されている単純な単軸変形のそれとよく似ていることを確認した。

口頭

高温低応力クリープによるNi基超合金の結晶回転の観測

塩田 佳徳; 秋田 貢一; 鈴木 博之*; 北澤 英明*; 横川 忠晴*; 小泉 裕*; 原田 広史*

no journal, , 

われわれのグループは中性子回折を利用した飛行機ジェットエンジンのタービンブレードの非破壊検査方法の確立を目指している。タービンブレードの損傷を非破壊評価することはその安全性とコスト性において重要である。タービンブレードの使用状況下を想定して、母材料であるNi基超合金の高温低応力クリープ試験における結晶回転を調査した。Ni基超合金(TMS-75)の高温低応力クリープ試験を行い、クリープ時間2hr, 64hr, 160hr, 200hr, ruptureの試料をそれぞれ用意した。用意した試料について、測定位置を変えながら中性子回折実験を行い、結晶方位の分布を測定した。中性子回折実験は原子力機構JRR-3に設置されたRESAII回折装置を用いた。ラフト組織の崩壊と考えられる結晶回転を観測した。この結晶回転は局所的に発生し、クリープ時間に比例して度合いが大きくなる。Ni基超合金の高温低応力クリープ時、この領域を起点としてruptureに至ると予想される。

口頭

In site strain measurement of ferrite matrix in cold drawn pearlite steel during tensile loading by neutron diffraction

塩田 佳徳; 友田 陽*; Harjo, S.; 神山 崇*

no journal, , 

過去に行った強冷間伸線フェライト鋼とパーライト鋼についての引張応力下その場中性子回折において、二つの点を明らかにした。ひとつはパテント処理パーライト鋼のフェライト相とセメンタイト相の応力分配である。もうひとつは外部応力3GPa以上で起こる強冷間パーライト鋼の非線形弾性変形である。しかしながら、これらの測定は引張方向に沿った{110}格子面のみに角度分散法で行い、集合組織の影響を考慮しなかった。そこで、本研究では引張方向とその垂直方向の複数{hkl}からの回折を測定した。著しい変形の間に強い{hkl}$$<$$110$$>$$繊維集合組織が形成されるため、歪み挙動は{hkl}$$<$$110$$>$$単結晶の変形に似ている。立方体系おいて主応力軸が$$<$$110$$>$$の場合、その垂直軸{hkl}変形は弾性異方性がある。

口頭

異なる中性子回折装置を用いた鉄鋼材料バルク集合組織の評価と比較

徐 平光; 鈴木 裕士; 目時 直人; 塩田 佳徳; 鈴木 徹也*; Yin, F. X.*; 秋田 貢一

no journal, , 

中性子回折は金属材料のバルク集合組織を測定できるが、測定精度は中性子回折装置に依存している。以前より原子力機構では、中性子応力測定装置RESA, RESAIIを利用することによりバルク材の集合組織測定を行ってきたが、近年の集合組織測定に対するニーズ増加に対応するため、他の回折装置で良好な集合組織測定が可能であるか検討した。多目的単色熱中性子ビームポートMUSASIを利用した集合組織測定を行った結果、集合組織測定実験への応用が十分可能であることを確認した。

口頭

中性子応力測定装置RESAの現状

鈴木 裕士; 盛合 敦; 下条 豊; 徐 平光; 塩田 佳徳; 秋田 貢一

no journal, , 

1993年にJRR-3ガイドホールに中性子工学回折装置RESAが設置されてから、中性子を利用した基礎的な材料工学研究が展開されてきた。最近では、大学などの研究機関からのユーザーだけでなく、産業界からのユーザーも機械構造物の信頼性向上を目的として、中性子応力測定技術の利用に興味を持ちだしており、年々その利用者は増加している。この利用者の増加に対応するために、2007年度にはRESA-IIをT2-3-2ポートに新設するとともに、測定の高効率化と高汎用性化を目指したRESAの高度化が進められてきた。本講演では、RESA-1及びRESA-2の現状について簡単に紹介する。

口頭

中性子応力測定装置における回折プロファイル解析の現状

塩田 佳徳

no journal, , 

中性子応力測定装置を利用した研究は構造物や機械的部品についての応力・歪み測定が主として行われてきた。材料工学の分野において、この装置を利用する研究は応力・歪み測定に加えて材料の組織因子も測定対象として期待することも多い。中性子回折プロファイル解析から得られる結晶のセルサイズや転位密度といった組織因子は材料のバルク平均情報で得られることから、この研究手法が材料強度や特性を研究する際の有力なツールとなると考えられる。本発表では、過去の研究例をふまえて、中性子応力測定装置における回折プロファイル解析の現状を測定から解析まで紹介する。次に、今後取り組む予定である解析法の改善すべき点についても紹介する。

口頭

中性子残留応力解析装置RESAの現状

鈴木 裕士; 盛合 敦; 下条 豊; 徐 平光; 塩田 佳徳; 秋田 貢一

no journal, , 

1990年代前半に日本原子力研究所JRR-3ガイドホールに中性子工学回折装置RESAが設置されてから、中性子を利用した基礎的な材料工学研究が展開されてきた。最近では、大学などの研究機関からのユーザーだけでなく、産業界からのユーザーも機械構造物の信頼性向上を目的として、中性子応力測定技術の利用に興味を持ちだしており、年々その利用者は増加している。この利用者の増加に対応するために、2007年度にはRESA-IIをT2-3-2ポートに新設するとともに、測定の高効率化と高汎用性化を目指したRESAの高度化が進められてきた。本稿では、RESA-1及びRESA-2の現状について簡単に紹介する。

口頭

中性子回折によるNi基単結晶超合金の高温クリープ変形後の損傷分布測定

塩田 佳徳; 秋田 貢一; 鈴木 博之*

no journal, , 

タービンブレードに起因する機器の故障は、人命及び経済的損失と直結するため、高温と応力による損傷の評価技術が必要とされている。本研究では、高温クリープ試験時間の異なる幾つかのNi基単結晶超合金(TMS-75)を用意し、室温下で中性子回折実験を行い、高温クリープによる局所的な結晶回転を見いだした。さらに、この結晶回転は試験材の一部領域で螺旋状に発生し、クリープ時間に比例して度合いが大きくなることがわかり、この領域を起点として材料破断することが予想された。また、計算予測したクリープ変形における結晶配向の広がりとも一致し、螺旋状の結晶回転はfcc主すべり転位網を主体とした変形と考えられた。今後、破断にいたるまでの高温クリープ変形に伴う材料組織形態の変化と結晶回転との関連性を明確にするため、その場観察を予定している。

口頭

Creep damage evaluation of single-crystal nickel-base super alloy on positional distribution of crystallographic orientation

塩田 佳徳; 秋田 貢一

no journal, , 

In this study, the positional distribution of crystallographic orientation in single-crystal nickel-base super-alloy specimens was evaluated by neutron diffraction. The local crystal rotation and the broadening of crystallographic orientation increased gradually with the creep time. The accumulation of slip deformation leads to the occurrence of the local crystal rotation and of the broadening in this alloy. These changes in crystallographic orientation can be used to evaluate the deterioration of single-crystal nickel-base super-alloy. And, the local crystal rotation can be used to specify the damage location before rupture. The specific in the damage location is very important on practical damage evaluation. The possibility in a localization of damage was shown by neutron diffraction that the spatial mapping of the nondestructive measurement was able to be facilitated by using a high penetrative power of the neutron.

口頭

Bragg edge imaging study on microstructure of cast duplex stainless steel

Su, Y.; 及川 健一; 甲斐 哲也; 篠原 武尚; 原田 正英; 新井 正敏; 塩田 佳徳*; 鬼柳 善明*; 佐藤 博隆*; 友田 陽*

no journal, , 

Recently, Bragg-edge transmission spectra have been measured using a 2D detector coupled with a pulsed neutron source, which can quantitatively and non-destructively provide 2D-mapping microstructures inside a bulky engineering material. In this study, neutron imaging experiments were performed on a cast duplex stainless steel using NOBORU, BL10 of MLF at J-PARC. Three kinds of 2D detectors on different experimental conditions were tried. As in the figure plotted on the right, two-phase transmission spectra measured by the GEM detector were successfully fitted by a Rietveld type analysis code developed by Sato et al. Crystalline information including lattice constant, projection data of atomic number density, degree of crystallographic anisotropy, crystallite size of each phase were compared from position to position.

口頭

Time-of-flight neutron Bragg-edge imaging for microstructure of bent steel plates

Su, Y.; 及川 健一; 原田 正英; 篠原 武尚; 甲斐 哲也; Zhang, S.*; Parker, J. D.*; 佐藤 博隆*; 塩田 佳徳*; 友田 陽*

no journal, , 

J-PARC/MLFの中性子イメージング及び回折装置は、鉄鋼材料などの実用材のミクロスコ ピックな特性評価に非常に有用であると期待されている。本研究では、MLFのBL10 (NOBORU)におけるブラッグエッジイメージング実験とBL19 (TAKUMI)における中性子回折実験を組み合わせ、曲げの鉄鋼試料における結晶組織構造解析を実施するとともに、材料内部の構造変化を利用した新しい可視化技術の開発に向けた検討と検証実験を行った。

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