水素脆性による粒界破面は疲労破壊（繰り返し応力）…

質問

水素脆性による粒界破面は疲労破壊（繰り返し応力）でも現れるのでしょうか。

熱間圧延鋼板の亜鉛メッキ品の破損品を観察したところ、起点からやや内部に入ったところまで疲労模様（ストライエーション）と混在し、粒界模様が認められました。（場所により6：4の割合）この材料では機械的破壊のみの場合、粒界破面は出ないと考えております。よって、水素吸蔵による水素脆性の影響（粒界の結合力が低下していた。）も考えました。しかし、水素脆性による粒界破面は静的応力（残留応力や静的な引張り力（外力））しか発生せず、疲労のような繰り返し応力では発生しないと聞いたことがあります。本当でしょうか。もし、繰り返し応力でも粒界破面が現れる場合、他に説明できるような開示可能な文献などないでしょうか。わかりましたら教えてください。宜しく御願い致します。

回答No.1

noname#230359 · ベストアンサー

＞水素脆性による粒界破面は静的応力（残留応力や静的な引張り力（外力））しか発生せず、疲労のような繰り返し応力では発生しないと聞いたことがあります。

　　　　　　　　　　　　　▼も▼
遅れ破壊は確かに静的応力下で　問題になる現象です。
しかし静的応力で問題になる現象ならば、繰返応力では更に昂進するはずです。時間軸でも両者は極端に違うものではない。

試料全体の水素濃度はナントカ測れても、破壊に至った局部の集積具合まで知りようがないから、検証は非常に困難なことと想像出来ます。やったこともありませんが。。。

参考URL：

http://www.iae.or.jp/publish/kihou/28-2/03.html

お礼

丁寧なご回答ありがとうございます。文献参考になりました。水素脆性と金属疲労の関係は奥が深そうです。個人的には疲労破壊を起こすような繰り返し応力でも拡散性水素の吸蔵で結合力が弱くなっていれば、進展途中の疲労破面に粒界が混在していてもおかしくないと思っております。ただ、それを結論ずけるのは難しいようです。また、色々調べ勉強していきたいと思います。ありがとうございました。

回答No.4

noname#230359

金属の破壊形態には脆性破壊と延性破壊があり、一般的には前者が短期、後者
が前者に比べ長期の破壊と考えられます。疲労破壊は後者の形態で発生するの
が一般的で、前者は瞬時破壊とも言えます。その意味で水素脆性と疲労破断は
矛盾するように思えます。しかし、実際には破壊の進行は単純ではなく水素脆
性で生じたクラックが原因で繰返し応力による疲労破壊が発生した現象はよく
見受けられるように思います。以下参考です。

http://www.eonet.ne.jp/~mkiyoshige/stresscorr.html

http://triosaka.jp/group/kikaikinzoku/hyoumen/surface/corrosion/Sato1.htm

補足の資料です。

http://ms-laboratory.jp/strength/4_2/4_2.h

疲労破断面の解析は簡単ではないと思います。私も軸のねじり疲労で断面水平
方向のストライエーションを探しても見つからず、垂直に近い方向に進展して
いた経験があります。さまざまな経験が必要だと思います。ご健闘を祈ります。

お礼

ご丁寧な回答ありがとう御座います。また、様々資料を紹介して頂き感謝しております。私は起点部に発生したSCCによる粒界割れから疲労破壊へ移行したもの。ボルトなど水素脆性による遅れ破壊（広域粒界破面)など経験しております。しかし、今回相談させて戴きました案件は軟質なﾌｪﾗｲﾄ結晶粒の材料で疲労（常温での使用）で進展した破壊面に粒界模様が散在していたため拡散性水素の影響がないか疑問に持ちました。水素が影響した粒界割れから疲労破壊へ移行し進展したものであれば話は簡単と思いますが、フェライト地の材料で疲労と粒界が混ざっている破面は見たことがなく考え込んでしまいました。他皆様からのご回答も参考に考えますと水素脆性と金属疲労の関係は奥が深そうです。実験できれば有益なﾃｰﾏとなると思いますが。また、私なりに考えて行きたいと思います。ありがとうございました。

回答No.3

noname#230359

負荷条件が示されていないのでコメントの仕様がありません。多分300℃近くの温度の繰返しがあって、部材が複数の場所で拘束されているのだろうと想像します。
岩魚内様ご指摘の繰り返し応力下では全ての破壊機構が亢進するはずでしょう。小生は高温と部材拘束とに注目してクリープの可能性を考えます。ご検討下さい。

お礼

丁寧なご回答ありがとうございます。今回の破損は常温での作動で破損したものです。詳細につきましては回答(4)の方へのお礼文を見ていただければと思います。破面解析の難しさを改めて実感しました。皆様のご意見を参考に今後も究明して行きたいと思います。本当にありがとうございました。

回答No.2

noname#230359

熱間圧延鋼板の亜鉛メッキ品の破損品へ、どんな応力がどの程度加わっていたかが不明なので
推測での記述をします。(加わらないで破損したも含めまして)

水素による内部圧力の上昇ポイントが、疲労模様（ストライエーション）のピッチと
一部が同じであったら、そのようにも見える場合があるのではないでしょうか？

お礼

御丁寧な回答ありがとうございます。ストライエーションのピッチとは1ｻｲｸﾙの幅でよろしいでしょうか。そう仮定しますと一つの幅は１μm以内です。結晶粒界の大きさはおそらく20～30μm程度で明瞭な結晶粒が観察されました。詳細につきましては回答(4)の方へのお礼文を参照して戴ければと思いますが、明確な結論を得にくい課題のようです。また、わたしも色々調べ考えて行きたいと思います。また、何かありましたら宜しく御願い致します。以上、ありがとうございました。