【公開日：2025.06.10】【最終更新日：2025.04.05】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
24NM0166
利用課題名 / Title
EBSD解析および結晶塑性有限要素解析による薄板銅合金条材における疲労寿命予測技術の構築
利用した実施機関 / Support Institute
物質・材料研究機構 / NIMS
機関外・機関内の利用 / External or Internal Use
外部利用/External Use
技術領域 / Technology Area
【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）計測・分析/Advanced Characterization（副 / Sub）-
【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）高度なデバイス機能の発現を可能とするマテリアル/Materials allowing high-level device functions to be performed（副 / Sub）-
キーワード / Keywords
走査型電子顕微鏡/ Scanning electron microscopy, 集束イオンビーム（FIB）/ Focused ion beam
利用者と利用形態 / User and Support Type
利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)
大宮 正毅
所属名 / Affiliation
慶應義塾大学 理工学部機械工学科
共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes
三田夏大,堀井咲良
ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes
利用形態 / Support Type
（主 / Main）技術代行/Technology Substitution（副 / Sub）-
利用した主な設備 / Equipment Used in This Project
報告書データ / Report
概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)
薄板銅合金条材の多くは圧延により加工されているが、圧延方向であるRD (rolling direction)方向と、それに対して直交するTD (transverse direction)方向で、疲労き裂進展速度が異なり、き裂進展方向がRD方向と一致する場合に、疲労き裂進展速度が速くなると報告されている[1]。このような疲労き裂進展特性と結晶レベルでの材料異方性との関係性については十分理解されていない。そこで本研究では、ばね用りん青銅の薄板圧延材を対象に、結晶粒状態によって変化するき裂先端の力学場が疲労き裂進展特性に及ぼす影響を明らかにすることを目的とした。そのために、支援機関にて、結晶粒組織の3次元形状の観察を行った。
実験 / Experimental
支援機関では、「微細組織3次元マルチスケール解析装置」を用いて、イオンビームで断面を加工しながら、加工面の結晶粒組織を後方散乱電子回折（EBSD）を用いて観察した（Fig.１）。そして、自機関ではそれらのデータを3次元に再構築した後（Fig.２）、多結晶モデルとして有限要素モデルを作成し、さらに、EBSD法で得られた結晶方位データをもとに、各結晶粒の結晶方向を解析モデルに導入した。そして、結晶塑性有限要素解析を行い、RD・TD方向に進む疲労き裂を模擬したき裂先端の応力解析を実施した。
結果と考察 / Results and Discussion
以上の検討結果から、圧延により結晶粒がRD方向に引き伸ばされていることがわかった。また、圧延材のRD方向とき裂の進行方向が一致する場合、TD方向と一致する場合よりもき裂先端近傍で結晶粒界が密になり転位密度が高まるため、応力が集中しやすくなることが確認された。さらに、RD方向にき裂が進展する場合ではTD方向に進展する場合よりも結晶粒界との衝突が発生しにくく、同方向に発生したき裂が長く進みやすいことが確認された。これより、圧延材のRD方向とき裂の進行方向が一致する場合には、TD方向と一致する場合よりも、発生したき裂が進展しやすくなることがわかった。
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
Fig.1 Results of cross-sectional EBSD analysis
Fig.2 3D construction of grain mapping
その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)
参考文献
[1]三田夏大，土屋朱美果，大宮正毅．薄板Cu-Sn-P銅合金条材における疲労き裂進展特性. 材料. 2022, vol. 71, no. 12, p. 945-952.
謝辞
支援機関である国立研究開発法人物質・材料研究機構技術開発・共用部門材料創製・評価プラットフォーム電子顕微鏡ユニットの中村晶子氏には、多大なる技術的支援を頂きました。
成果発表・成果利用 / Publication and Patents
論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)
口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.
特許 / Patents
特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件