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論文

Dynamic accommodation of internal stress and selection of crystallographic orientation relationship in pearlite

雨宮 雄太郎*; 中田 伸生*; 諸岡 聡; 小坂 誠*; 加藤 雅治*

ISIJ International, 62(2), p.282 - 290, 2022/02

To gain a deeper understanding of the dynamic accommodation mechanism of the internal stress in pearlite originating from the lattice misfit between ferrite and cementite phases, the lattice parameter ratios of cementite, b$$theta$$/a$$theta$$ and c$$theta$$/a$$theta$$, were locally analyzed in detail using the electron backscatter diffraction (EBSD) technique. The EBSD analysis revealed that the lattice parameter ratios of the cementite lamellae clearly differed from those of the spheroidized cementite particles, indicating that pearlite has a certain amount of internal stress as long as it maintains a lamellar structure. The internal stress in pearlite gradually decreased during the isothermal holding at 923 K after the pearlitic transformation due to the interfacial atomic diffusion of Fe atoms. However, a comparison with the theoretical values obtained from the Pitsch-Petch orientation relationship revealed that a large amount of internal stress had been already accommodated during the pearlitic transformation by the introduction of misfit dislocations and structural ledges on ferrite/cementite lamellar interfaces, i.e., the internal stress of pearlite is dynamically reduced by two different processes; built-in accommodation upon pearlitic transformation and additional time-dependent relaxation after pearlitic transformation. On the other hand, the analysis of the EBSD and neutron diffraction results yielded intriguingly different lattice parameters of cementite, indicating that various crystallographic orientation relationships between ferrite and cementite coexist in pearlite. Furthermore, the elastic strain energy analysis suggests that the invariant-line criterion on the ferrite/cementite interface plays an important role for the selection of orientation relationships in pearlite.

論文

パーライトにおける内部応力の動的緩和と結晶方位関係の選択

雨宮 雄太郎*; 中田 伸生*; 諸岡 聡; 小坂 誠*; 加藤 雅治*

鉄と鋼, 105(2), p.314 - 323, 2019/02

 被引用回数:3 パーセンタイル:37.05(Metallurgy & Metallurgical Engineering)

パーライト変態中の応力緩和機構をより深く理解するために、電子線後方散乱回折法(EBSD)を用いて、セメンタイトの格子定数比を局所分析した。その結果、ラメラ状態のセメンタイトの格子定数比は球状態のセメンタイト粒子と大きく異なることを発見した。これは、パーライト組織がラメラ構造を維持する限り、ある程度の内部応力を保持することを実証した結果である。さらに、パーライト組織中の内部応力は、923Kの等温保持により、鉄原子の界面原子拡散が生じ、徐々に減少することを発見した。しかしながら、マイクロメカニクスを用いたPitsch-Petchの方位関係を満足させたフェライトとセメンタイトを仮定した内部応力の理論計算では、ミスフィット転位や構造レッジの導入により、パーライト変態中に多くの内部応力が緩和するという結果が得られている。つまり、パーライト組織の持つ内部応力は2つの異なるプロセスによって、動的緩和が進行すると考えられる。すなわち、それは、ナノ組織の形成による緩和と、時間に依存した焼鈍による緩和である。また、EBSD分析と中性子回折により測定したセメンタイトの格子定数は、異なる値を示した。これは、パーライトの階層組織に起因した局所情報とバルク平均情報の差異であると考えられる。

論文

透過X線法による短繊維強化樹脂材料の内部応力の評価

清水 憲一*; 小池 裕基*; 山田 大貴*; 小原田 和也*; 田中 啓介*; 菖蒲 敬久

材料, 65(9), p.657 - 664, 2016/09

結晶性熱可塑性樹脂PPSを炭素短繊維で強化したCFRPの射出成型平板からスキン層のみの試験片を作成し、引張負荷状態で、エネルギー12.3keVの単色放射光により透過法・並傾法で試験片内部の母相の応力測定を行った。その結果、PPSの母相応力がX線応力測定標準で決定できること、繊維が一方向に完全に配向したCFRPの応力分配計数をマイクロメカニックスにより予測した結果と実験結果がほぼ一致することなどを明らかにした。

論文

照射誘起応力腐食割れ(IASCC)と研究の動向

塚田 隆

材料と環境, 52(2), p.66 - 72, 2003/02

軽水炉の炉内構造材料は、高レベルの中性子・$$gamma$$線の照射を伴う約300$$^{circ}$$Cの高温高圧水中という他の工業プラントにはない環境で使用され、照射と化学環境の作用により特有の劣化損傷を生じる。中性子照射を受けると、合金のミクロ組織や粒界近傍等の局所的な化学組成は、格子原子のはじき出しに始まる照射損傷過程により刻々と変化する。ここで紹介する照射誘起応力腐食割れ(IASCC: Irradiation Assisted Stress Corrosion Cracking)は、炉内中性子照射の影響により発生するSCC現象である。IASCCの研究は、1980年代中頃に軽水炉高経年化・長寿命化の検討に伴い各国で本格化した。重大な問題へつながるIASCC損傷はこれまで経験されていないが、IASCCの発生と進展のメカニズムについてはまだ十分解明されておらず、さらに基礎的な研究が必要な状況にある。また、IASCCは軽水炉のみならず照射場に水冷却系を有するシステムに共通の材料損傷要因となり得る。例えば、国際熱核融合実験炉ITERの第1壁ブランケット構造物の材料についてもIASCCの検討が行われている。本解説では、IASCCについてこれまでに得られた主な知見と研究の動向を紹介する。

論文

Inelastic constitutive equation in Alloy800H

加治 芳行; 菊地 賢司; Penkalla, H. J.*

Proceedings of the 7th International Conference on Creep and Fatigue at Elevated Temperatures (CREEP7), p.179 - 183, 2001/06

700、800及び850$$^{circ}C$$でのアロイ800Hのクリープ構成式を開発した。この構成式では、非弾性ひずみ速度をNorton-Bailey型の流れ則の形で表し、種々の負荷条件での変形中の硬化は、背応力と抗応力に分けられる内部応力によって引き起こされるとしている。背応力はクリープ抵抗の保存力を表し、一方抗応力は粒界滑り、拡散及び転位と析出物の相互作用のような内部構造での全ての消失部を含んでいる。パラメータは、各温度での定荷重条件下でのクリープ変形特性から決定した。各温度でのクリープ試験において、この構成式による変形解析結果と実験結果はよく一致した。

論文

Modeling of high homologous temperature deformation behavior using the viscoplasticity theory based on overstress (VBO), Part I; Creep and tensile behavior

橘 幸男; E.Krempl*

Trans. ASME, Ser. H, 117, p.456 - 461, 1995/10

超過応力に基づく粘塑性理論(VBO)は降伏曲面及び除荷、負荷の条件を必要としない内部状態変数理論であり2つのテンソル内部状態変数、すなわち、平衡応力と移動応力を持つ。本論文では、高相対温度下での材料挙動を記述できる、VBOに基づくモデルを提案している。高相対温度下の材料挙動にVBOを適用する際には、拡散の影響を考慮するために、内部状態変数の発展式に回復項を導入する必要がある。本モデルでは平衡応力の発展式に回復項を加えており、さらに等方応力と呼ばれるスカラ内部状態変数の軟化を表現することで、遷移クリープ、定常クリープのみでなく、加速クリープをも再現できるようにしている。また、アロイ800Hのクリープ試験及び引張試験データに提案したモデルを適用し、これらのデータを精度よくシミュレートできることを示している。

口頭

Internal stresses of pearlitic steel monitored by in-situ neutron diffraction during phase transformation and thermal aging

諸岡 聡; 川崎 卓郎; Harjo, S.; 中田 伸生*; 塚田 祐貴*

no journal, , 

Hierarchical microstructure of pearlite and martensite in steel is caused by internal stress due to phase transformation. If internal stress can be quantitatively evaluated and controlled, new microstructure control technology will be created. However, internal stress due to eutectoid transformation is not easy to measure because thermal stress and transformation stress are superimposed. The purpose of this study is to quantitatively evaluate the internal stress evolved from pearlitic transformation by In-situ neutron diffraction technique. A pearlitic steel of 0.8C-1.5Mn wt.% was used in this study, and the following thermal process was performed; the solution heat treatment at 1323K for 1.8ks followed by immediate the isothermal heat treatment at 873K for 1.8 ks to obtain a predominantly pearlitic structure included lamellar ferrite and cementite. The austenitic-to-pearlitic transformation during the thermal process was monitored with a TAKUMI neutron diffractometer at J-PARC-MLF. The Rietveld refinements of diffraction patterns were performed using Z-Rietveld software to track the phase fractions and the lattice parameters. The elastic strains state of the ferrite and the austenite phases at 873K were observed from the evolutions of the lattice constants of ferrite and the austenite during pearlitic transformation. In particular, the cubical expansion during the transformation derived the hydrostatic pressure and resulted a compressive elastic strain in ferrite. On the other hand, the elastic strains state in cementite that was predicted by an amount of internal stress relaxation during thermal aging after pearlitic transformation, was approximately -0.28%. These results show that internal stresses during transformation can be quantitatively evaluated using in-situ neutron diffraction method.

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