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論文

Double-exposure method with synchrotron white X-ray for stress evaluation of coarse-grain materials

鈴木 賢治*; 城 鮎美*; 豊川 秀訓*; 佐治 超爾*; 菖蒲 敬久

Quantum Beam Science (Internet), 4(3), p.25_1 - 25_14, 2020/09

粗大粒で構成される材料の2次元回折パターンはリング状とはならずスポット状となるため、従来の回折計と0次元検出器を利用したひずみスキャンニング法では応力評価が困難である。この課題を解決するために2次元検出器を利用した2重露光法を提案した。本研究ではこの技術を白色X線に対して適用するための技術開発を行った。粗大粒で構成される材料に白色X線を照射すると得られる回折はラウエスポットとなる。そこで検出するエネルギーを制限できるCdTeピクセル2次元検出器の開発とそれを利用した応力評価を行った。その結果、オーステナイト系ステンレス鋼を供試材とする曲げ試験片に対して、ほぼ理論値通りのひずみ分布を計測することに成功した。今後、当該技術の向上を図り、実機材料に適用していきたいと考えている。

論文

Hydrogen embrittlement resistance of pre-strained ultra-high-strength low alloy TRIP-aided steel

北條 智彦*; Kumai, B.*; 小山 元道*; 秋山 英二*; 脇 裕之*; 齋藤 寛之*; 城 鮎美*; 安田 良*; 菖蒲 敬久; 長坂 明彦*

International Journal of Fracture, 224(2), p.253 - 260, 2020/08

 被引用回数:5 パーセンタイル:68.14(Materials Science, Multidisciplinary)

本研究では、超高強度変態誘起塑性ベイナイトフェライト鋼の水素脆化特性に及ぼす予ひずみの影響を自動車フレーム部品への応用に向けて調査した。具体的には、3から10%の引張予ひずみでは全伸びに比べて水素による機械的劣化を抑制したが、12から15%の予ひずみ試験片では、水素充填後に伸びを示さなかった。これは3から10%の予ひずみの有利な効果が、残留オーステナイトに関連する亀裂発生の抑制に起因していたためであり、事前に予ひずみが与えられたTRIP鋼では、水素チャージ前に保持されたオーステナイトの体積分率が減少され、それによって優先的な亀裂開始サイトと伝播経路の既存の確率を減少させたと考えられる。一方、12から15%などの高い予ひずみを与えると、加工硬化のために予ひずみが効果的に機能せず、その結果、水素脆化感受性が増加し、転位の増殖により水素含有量が大幅に増加したと考えられる。

論文

X線回折ラインプロファイル解析による微視組織評価法,2; 放射光を用いたラインプロファイル解析

菖蒲 敬久; 城 鮎美*; 吉田 裕*

材料, 69(4), p.343 - 347, 2020/04

金属材料の疲労評価において転位密度は非常に重要な物理量である。一般的に転位密度は走査型電子顕微鏡で評価されているが、最近、X線回折のプロファイルの幅から転位密度を導出する方法が提案されている。本研究では当該技術を放射光に適用したので報告する。オーステナイト系ステンレス鋼SUS316Lを引張ながら2次元検出器により5つの回折プロファイルを取得し、ラインプロファイル解析を実施した。その結果、転位密度は塑性変形後急激に増加し、その値は走査型電子顕微鏡で別途測定した結果とかなり良い一致を示した。今後、局所からの転位密度をその場計測し、ラインプロファイル解析が疲労破壊の機構解明に貢献するものと期待している。

論文

自動車部品用転がり軸受ボールの内部残留応力評価

宮川 進*; 伊藤 登志政*; 岩堀 恵介*; 青山 喜彦*; 久保 亮佑*; 村田 慎治*; 菖蒲 敬久; 城 鮎美*; 梶原 堅太郎*

材料, 69(4), p.308 - 314, 2020/04

数GPaの高い接触応力が繰り返し加えられる転がり軸受のフレーキング部分で、ナイタール腐食液で白く見える白色組織が認識される場合がある。これまで、ボールの白色組織の研究は、内輪と外輪の白色組織の研究よりも少なかった。本研究では、ボールの白色組織によるフレーキングメカニズムの説明の一環として、SPring-8の高エネルギー白色X線(A法)と実験室X線測定装置(B法)を使用したボールの内部残留応力分布を調査した。前者は、B法に準拠した表面残留応力によって修正された。後者は、電解研磨の形で応力を解放することによって変更された。結果は、修正された残留応力分布がほぼ定性的に一致することを示した。

論文

Analysis of atomistic structural deformation characteristics of calcium silicate hydrate in 53-year-old tricalcium silicate paste using atomic pair distribution function

Bae, S.*; Jee, H.*; Suh, H.*; 兼松 学*; 城 鮎美*; 町田 晃彦*; 綿貫 徹*; 菖蒲 敬久; 諸岡 聡; Geng, G.*; et al.

Construction and Building Materials, 237, p.117714_1 - 117714_10, 2020/03

 被引用回数:4 パーセンタイル:69.91(Construction & Building Technology)

Although the atomistic structure and the deformation characteristics of calcium silicate hydrates (C-S-H) are of primary interest in cement chemistry, they have not been fully investigated. In this study, pair distribution function (PDF) analysis was conducted on a 53-year-old fully hydrated tricalcium silicate (C$$_{3}$$S) paste using in situ synchrotron high-energy X-ray scattering to probe the atomic structural deformation of C-S-H under external loading. The results were compared with those from our previous PDF study of a 131-day-old C$$_{3}$$S paste in order to elucidate the effect of aging on the mechanical characteristics of C-S-H. Three different strains measured by the strain gauge, by the lattice shifts (d-spacing) in the reciprocal space, and by the shift of the interatomic distance (r) in the real space were compared. In the range of r $$<$$ 20 ${AA}$, where most of the information was derived from C-S-H, the 53-year-old C$$_{3}$$S paste had a higher overall elastic modulus (18.3 GPa) and better resistance to compressive stress than the 131-day-old C$$_{3}$$S paste (elastic modulus: 8.3 GPa). Moreover, it was found that the macroscopic strains of the 53-year-old C$$_{3}$$S paste were presumably induced by mechanical deformation such as microcracks at the macroscale. The results provide experimental evidence for the atomistic and mesoscale mechanical behavior of C-S-H in the early and late ages.

論文

Improving fatigue performance of laser-welded 2024-T3 aluminum alloy using dry laser peening

佐野 智一*; 詠村 嵩之*; 廣瀬 明夫*; 川人 洋介*; 片山 聖二*; 荒河 一渡*; 政木 清孝*; 城 鮎美*; 菖蒲 敬久; 佐野 雄二*

Metals, 9(11), p.1192_1 - 1192_13, 2019/11

 被引用回数:6 パーセンタイル:60.45(Materials Science, Multidisciplinary)

本研究の目的は、ドライレーザーピーニング(DryLP)の有効性を検証することである。DryLPは、大気条件下でフェムト秒レーザーパルスを使用して、加工合金中の硬度,残留応力,疲労性能などの機械的特性を改善するピーニング技術である。レーザー溶接された2024アルミニウム合金にDryLP処理を施すと軟化した溶接金属は母材の元の硬度に回復し、溶接金属と熱影響部の残留引張応力は圧縮応力に変わった。疲労寿命は180MPaの引張圧縮試験でほぼ2倍になり、120MPaでは50倍以上増加した。以上から、DryLPは低応力振幅での溶接欠陥のあるレーザー溶接アルミニウム試験片の疲労性能を改善するのにより効果的であることを明らかにした。

論文

二重露光法による粗大粒材の応力測定

鈴木 賢治*; 菖蒲 敬久; 城 鮎美*

材料, 68(4), p.312 - 317, 2019/04

溶接等の熱加工後の材料においては粗大粒を有する場合が多い。これらの加工後の残留応力を把握することは構造物の健全性の観点から非常に重要視されている。本研究では、粗大粒を持つ材料のX線応力測定法として、2次元検出器と高エネルギー放射光を組み合わせた二重露光法を提案し、その実用性を確認した。アルミニウム合金の塑性曲げ試験片及び圧痕試験片の残留応力を計測した結果、有限要素解析による残留応力分布とよく一致していることから、本測定手法の有効性が明らかとなった。

論文

Pair distribution function analysis of nanostructural deformation of calcium silicate hydrate under compressive stress

Bae, S.*; Jee, H.*; 兼松 学*; 城 鮎美*; 町田 晃彦*; 綿貫 徹*; 菖蒲 敬久; 鈴木 裕士

Journal of the American Ceramic Society, 101(1), p.408 - 418, 2018/01

 被引用回数:9 パーセンタイル:60.59(Materials Science, Ceramics)

ケイ酸カルシウム水和物(CSH)に関する原子レベルの構造や変形機構には不明な点が多い。本研究では、X線散乱法に基づく原子対相関関数(PDF)により、ケイ酸三カルシウム(C$$_{3}$$S)ペースト中に存在するCSH相のナノ構造変形挙動を評価した。単軸圧縮負荷を受けるC$$_{3}$$Sペーストの変形を、ひずみゲージ,ブラッグピークシフト, PDFから求められるマクロからミクロな変形より評価した。PDF解析により、0-20${AA}$の範囲ではCSH相の影響が支配的であること、その一方で、20${AA}$を超える範囲では、他の結晶相の影響が支配的であることが明らかとなった。CSHの変形に支配的である20${AA}$以下の範囲では、塑性変形を示すステージI(0-10MPa)と、弾性変形を示すステージIIの2つの変形過程に分けられることが分かった。その一方で、20${AA}$以上の範囲では、水酸化カルシウムに似た変形を示した。10MPa以下では、層間水やゲル水の移動に伴い、CSHの高密度化を生じたと考えられるが、除荷後には、その移動した水がCSH中に戻ることにより、変形が回復している可能性がある。

論文

放射光X線回折によるCFRP/Ti積層板のTi層におけるひずみ測定

秋田 貢一; 中谷 隼人*; 荻原 慎二*; 菖蒲 敬久; 城 鮎美*; 井川 直樹; 下条 豊

SPring-8/SACLA利用研究成果集(Research Report) (インターネット), 6(1), p.105 - 108, 2018/01

炭素繊維強化プラスチックとチタン箔を交互に積層したCFRP/Ti積層板に機械的曲げ負荷を与え、それに伴う各Ti層のひずみ挙動を放射光X線回折により測定した。実験結果から、CFRP/Ti積層板内の各Ti層の弾性ひずみ挙動が、放射光X線回折によって非破壊的に測定できることが示された。

論文

放射光X線回折法を用いた積層型高強度鋼板におけるマルテンサイト層の局所変形挙動評価

小島 真由美*; 城 鮎美*; 鈴木 裕士; 井上 純哉*; 菖蒲 敬久; 徐 平光; 秋田 貢一; 南部 将一*; 小関 敏彦*

材料, 66(6), p.420 - 426, 2017/06

The strain distribution in a multilayered steel composite, which consists of martensite and austenite layers, was evaluated by energy dispersive X-ray diffraction to investigate the homogeneity of deformation in the martensite layer under uniaxial loading. A dog-bone shape specimen with a martensite layer with 0.2 mm in a thickness, sandwiching by austenite layers with 0.4 mm in thickness, was utilized in this study. A change in strains as a function of tensile loading was measured at the center of the martensite layer as well as near the interface between the martensite and austenite layers. Furthermore, the residual strain distributions were measured in the martensite layer of the unloaded specimens after different applied strains. As a result, slight inhomogeneous deformation was found at the beginning of the plastic deformation in the martensite layer although no local deformation was recognized even near the interface between austenite and martensite layers. After further deformation, mismatch of plastic deformation between austenite and martensite layers was reduced, and the martensite layer deformed homogeneously. Therefore, an unstable interface phenomenon might not be caused by the intrinsic factors with a mesoscopic scale discussed in this experiment.

論文

Development of CdTe pixel detectors combined with an aluminum Schottky diode sensor and photon-counting ASICs

豊川 秀訓*; 佐治 超爾*; 川瀬 守弘*; Wu, S.*; 古川 行人*; 梶原 堅太郎*; 佐藤 真直*; 広野 等子*; 城 鮎美*; 菖蒲 敬久; et al.

Journal of Instrumentation (Internet), 12(1), p.C01044_1 - C01044_7, 2017/01

 被引用回数:2 パーセンタイル:15.8(Instruments & Instrumentation)

アルミニウムショットキーダイオードセンサとフォトンカウンティングASICsを組み合わせたCdTeピクセル検出器の開発を行っている。このハイブリッドピクセル検出器は、200マイクロメートル$$times$$200マイクロメートルのピクセルサイズで、19ミリメートル$$times$$20ミリメートルまたは38.2ミリメートル$$times$$40.2ミリメートルの面積で設計された。フォトンカウンティングASIC SP8-04F10Kは、プリアンプ,シェーパ, 3レベルのウィンドウタイプのディスクリミネータ、および各ピクセルが24ビットカウンタを備えている。そしてウィンドウコンパレータを用いてX線エネルギーを選択するフォトンカウンティングモードで精密に動作し、100$$times$$95ピクセルのシングルチップ検出器が20$$^{circ}$$Cで実現している。本研究では、本検出器の性能を評価するため、白色X線マイクロビーム実験のフィージビリティスタディを行った。珪素鋼試料に白色X線を照射し、照射位置を走査しながらラウエ回折を測定した。その結果、各位置で隣接する画像間の差を用いることで試料内の粒界の観察に成功した。

論文

Dislocation density of GlidCop with compressive strain applied at high temperature

佐野 睦*; 高橋 直*; 渡辺 篤雄*; 城 鮎美*; 菖蒲 敬久

Materials Research Proceedings, Vol.2, p.609 - 614, 2017/00

高温下で圧縮ひずみが与えられたGlidCopの転位密度を、放射光を用いたX線プロファイル解析により調べた。転位密度を評価するために、修正ウィリアムソンホールと修正ウォーレン-アベルバッハ法を適用した。その結果、0.011-0.04の圧縮ひずみを有するGlid Copの転位密度は、5.7-8.0$$times$$10$$^{14}$$m$$^{-2}$$であった。

論文

In situ X-ray diffraction study of the oxide formed on alloy 600 in borated and lithiated high-temperature water

渡邉 真史*; 米澤 利夫*; 菖蒲 敬久; 城 鮎美; 庄子 哲雄*

Corrosion, 72(9), p.1155 - 1169, 2016/09

 被引用回数:0 パーセンタイル:0.01(Materials Science, Multidisciplinary)

In situ X-ray diffraction (XRD) measurements of the oxide film formed on Alloy 600 in borated and lithiated high-temperature water were conducted to demonstrate a capability to investigate rapid changes in oxide films during transient water chemistry conditions. In the presence of dissolved hydrogen (DH) = 30 cm$$^{3}$$/kg [H$$_{2}$$O] and dissolved oxygen (DO) $$<$$ 0.06 ppm, only spinel oxides were detected and no significant NiO peak was found even after 1,220 h exposure. By contrast, once the DO was increased to 8 ppm, a NiO peak grew rapidly. Within 7 h, the amount of NiO became comparable to that of spinel oxide. However, when DO was decreased again below 0.3 ppm and DH was increased up to 30 cm$$^{3}$$/kg [H$$_{2}$$O], the ratio of NiO to spinel did not change during 10 h. Thus, the rate of dissolution of NiO in DH = 30 cm$$^{3}$$/kg water seemed to be lower than the growth rate of NiO in high DO conditions.

論文

量子ビーム回折法を用いた鉄鋼組織解析

佐藤 成男*; 小貫 祐介*; 菖蒲 敬久; 城 鮎美*; 田代 均*; 轟 秀和*; 鈴木 茂*

金属, 86(8), p.654 - 660, 2016/08

鉄鋼材料に代表される金属のミクロ組織に対し、放射光、中性子線の量子ビームを用いた新たなアプローチが可能になる。放射光の高輝度特性を活かしたマイクロ領域測定は高温その場測定により、構造内部の転位の分布、転位の回復現象の追跡が可能となる。また、中性子線はバルク平均情報の特徴を活かすことで、複相鋼の強化機構メカニズムが詳細に考察できる。これら解析事例を原理とともに紹介している。

論文

Hydrostatic compression behavior and high-pressure stabilized $$beta$$-phase in $$gamma$$-based titanium aluminide intermetallics

Liss, K.-D.*; 舟越 賢一*; Dippenaar, R. J.*; 肥後 祐司*; 城 鮎美*; Reid, M.*; 鈴木 裕士; 菖蒲 敬久; 秋田 貢一

Metals, 6(7), p.165_1 - 165_22, 2016/07

 被引用回数:16 パーセンタイル:72.33(Materials Science, Multidisciplinary)

Ti-Al合金は、航空機エンジン材料として、軽量・耐熱タービンへの応用が期待されているが、塑性加工性の悪さを克服する必要がある。高圧鍛造プレスにおいては、10GPaの範囲で材料加工を可能にするが、それゆえに、極限環境における候補材料の状態図を評価する必要がある。本研究では、($$alpha$$$$_{2}$$+$$gamma$$)二相合金の一つであるTi-45Al-7.5Nb-0.25Cに対し、9.6GPaまでの圧力範囲、また1686Kまでの温度範囲で放射光X線回折によるその場実験を行った。室温では、圧力に対する体積変化は、両相に観察される明らかに高い体積弾性係数から、体積ひずみというよりはむしろ、$$gamma$$$$rightarrow$$$$alpha$$$$_{2}$$相変態の影響と考えられる。結晶学的には、特に格子ひずみと原子配列について詳しく検討した。原子体積の増加にもかかわらず、この相変態を生じるのは興味深い。これは、$$gamma$$の高い規則化エネルギーによるものである。高圧下において加熱すると、共析と$$gamma$$ソルバス遷移温度が上昇し、第三相の立方晶$$beta$$相が1350K以上で安定する。過去の研究において、$$beta$$相は塑性変形において高い延性があり、従来の鍛造過程において重要なものであることが明らかにされている。本研究では、作動環境下において有害とされる$$beta$$相の存在は確認されなかったが、従来の鍛造過程における理想的な加工条件幅を明らかにした。これらの結果より、新しい加工処理方法を提案することができた。

論文

Evaluation of welding residual stresses using diffraction spot trace method

鈴木 賢治*; 菖蒲 敬久; 城 鮎美; Zhang, S.*

Advanced Materials Research, 996, p.76 - 81, 2014/08

 被引用回数:0 パーセンタイル:0

A diffraction spot trace method (DSTM) is very useful to measure internal stresses of materials with coarse grains. In this study, validity of the DSTM was examined using high energy synchrotron X-ray of 70 keV. The specimen was a welded plate of austenitic stainless steel (SUS316L). The thickness of the specimen was 9 mm. The improved spiral slit system was used, and PILATUS was used as an area detector. It was difficult to detect the high energy X-rays due to the reduction of counting efficiency of the PILATUS. However, the residual stress map of the welding specimen was obtained by long exposure time. The residual stresses of the welding specimen were simulated by a finite element method (FEM). The outline of the residual stress measured by the DSTM coincided with that by the FEM.

論文

2次元検出器を利用した粗大粒の内部応力評価

鈴木 賢治*; 菖蒲 敬久; 城 鮎美; Zhang, S.*

材料, 63(7), p.527 - 532, 2014/07

回折斑点追跡法とスパイラルスリットを組みあわせ、粗大粒を有する材料内部応力評価測定法を開発した。曲げたマグネシウム合金に対して本測定法を適用し、内部応力計測が可能であることを確認した。また溶接したマグネシウム合金に対して内部応力評価を実施し、粗大粒を有する溶接部に対しても有限要素解析とほぼ同様の結果を得ることに成功した。

論文

Internal stress measurement of weld part using diffraction spot trace method

鈴木 賢治*; 菖蒲 敬久; 城 鮎美; Zhang, S.*

Materials Science Forum, 777, p.155 - 160, 2014/02

 被引用回数:3 パーセンタイル:86.67

The spiral slit-system was improved in order to make a gauge length regularity. The bending stress was measured by the improved spiral slit-system, and the measured stresses corresponded to the applied stress regardless of the diffraction angle. As a result, the validity of the improved spiral slit system was proved. On the other hand, the diffraction spot trace method (DSTM), which combined the spiral slit-system and a PILATUS detector, was proposed to measure stress in a coarse grain. In this study, the distribution of the residual stress in a melt-run welding specimen was measured using the DSTM. The welding residual stresses measured accorded with that by the FEM simulation.

論文

Residual strain of OFC using synchrotron radiation

佐野 睦*; 高橋 直*; 渡辺 篤雄*; 城 鮎美; 菖蒲 敬久

Materials Science Forum, 777, p.255 - 259, 2014/02

 被引用回数:1 パーセンタイル:60.31

Residual strain in oxygen-free copper, one of the materials used in high-heat-load components at SPring-8 front end, was investigated. A strain scanning method with oscillation was employed for strain measurement. The results were compared with those obtained using an elasto-plastic creep FEM analysis.

論文

ウォータジェットピーニングを受けたオーステナイト系ステンレス鋼の残留応力

鈴木 賢治*; 菖蒲 敬久; 城 鮎美

材料, 62(7), p.437 - 442, 2013/07

ウォータージェットピーニング(WJP)による残留応力特性を明らかにするため、高エネルギー放射光および中性子を用いた深さ方向の残留応力測定を実施した。試験片にはSUS316Lを使用し、WJPを熱処理した試験片、773Kの大気中にて熱時効した試験片をそれぞれ作成し、計測した複数の回折面から表面残留応力状態の熱時効時間依存性を評価した。その結果、圧縮残留応力は1.5mm程度の深さまで内在していること、今回の熱時効程度では応力緩和が発生しないことなどを明らかにした。

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