In-situ観察技術

図1 当研究室で設計したCT用小型材料試験機

 図1は、当研究室で設計したCT用小型材料試験機である(解説論文1)。約5kgの軽量ながら、最大2kNまでの引張・圧縮および疲労試験ができる。この試験機では、X線吸収の小さなポリカーボネートの円筒を荷重フレームとして用い、撮像中の支柱の映り込みをなくしている。また、試験機の操作がX線を照射しながら実験ハッチ外から行えるようになっている。軽量な圧縮空気のアクチュエーターを用いながら、30分程度の撮像中、ディープ・サブミクロンの精度(実測の変位変動:約0.1μm)で変位を静止させるというCT特有のニーズを満たしている。このような特殊な試験装置を用い、引っ張り変形(論文 1, 2, 4, 5, 6, 710, 12)、疲労き裂の発生(論文13)と伝播(論文8)、圧縮破壊(論文3,9,11)など、様々な材料の挙動を観察している。

 

図2 当研究室で設計したCT用小型高温材料試験機

 
 図2は、同じく当研究室で設計したCT用小型高温材料試験機である。約3kgの軽量ながら、最高600℃までの引張試験、クリープ試験が可能である。この試験機では、X線吸収の小さなアモルファスカーボンの円筒を荷重フレームとして用い、撮像中の支柱の映り込みをなくしている。これを用い、高温下でのアルミニウムの損傷挙動を観察している。

関連解説論文

  1. 戸田裕之, 小林俊郎, 大垣智巳,高分解能X線CTによる可視化技術の進歩:材料内部の局所力学量のin-situ測定への応用,材料試験技術,Vol.48,No.1,2004,5-10

投稿論文

  1. H. Toda, I. Sinclair, J.-Y. Buffiere, E. Maire, K.H. Khor, P. Gregson and T. Kobayashi, A 3D measurement procedure for internal local crack driving forces via synchrotron X-ray microtomography, Acta Materialia, Vol 52, No.5, 2004, 1305-1317
  2. L. Qian, H. Toda, K. Uesugi, T. Kobayashi, T. Ohgaki, and M. Kobayashi, Application of synchrotron X-ray microtomography to investigate ductile fracture in Al alloys, Applied Physics Letters, Vol. 87, 2005, 241907
  3. T. Ohgaki, H. Toda, M. Kobayashi, K. Uesugi M. Niinomi, T. Akahori, T. Kobayashi, K. Makii and Y. Aruga, In situ observations of compressive behaviour of aluminium foams by local tomography using high-resolution X-ray, Philosophical Magazine A, Vol. 86, No.28, 2006, 4417-4438
  4. H. Toda, S. Yamamoto, M. Kobayashi and K. Uesugi, Direct measurement procedure for 3-D local crack driving force using synchrotron X-ray microtomography, Acta Materialia, Vol.56, 2008, 6027-6039
  5. L. Qian, H. Toda, K. Uesugi, M. Kobayashi and T. Kobayashi, Direct observation and image-based simulation of three-dimensional tortuous crack evolution inside opaque materials, Physical Review Letters, Vol.100, No.11, 2008, 115505
  6. A. Weck, D.S. Wilkinson, E. Maire and H. Toda, Visualization by X-ray tomography of void growth and coalescence leading to fracture in model materials, Acta Materialia, Vol.56, Issue 12, 2008, 2919-2928
  7. M. Kobayashi, H. Toda, Y. Kawai, T. Ohgaki, K. Uesugi, D.S. Wilkinson, T. Kobayashi, Y. Aoki, M. Nakazawa, High-density three-dimensional mapping of internal strain by tracking microstructural features, Acta Materialia, Vol.56, Issue 10, 2008, 2167-2181
  8. H. Zhang, H. Toda, P.C. Qu, Y. Sakaguchi, M. Kobayashi, K. Uesugi, Y. Suzuki, Three-dimensional fatigue crack growth behavior in an aluminum alloy investigated with in situ high-resolution synchrotron X-ray microtomography, Acta Materialia, Vol.57, No.11, 2009, 3287-3300
  9. H. Toda, K. Minami, K. Koyama, K. Ichitani, M. Kobayashi, K. Uesugi, Y. Suzuki, Healing behavior of preexisting hydrogen micropores, in aluminum alloys during plastic deformation, Acta Materialia, Vol.57, 2009, 4391-4403
  10. H. Toda, T. Nishimura, K. Uesugi, Y. Suzuki, M. Kobayash, Influence of high-temperature solution treatments on mechanical properties of an Al-Si-Cu aluminum alloy, Acta Materialia, Vol.58, 2010, 2014-2025
  11. Q. Zhang, H. Toda, Y. Takami, Y. Suzuki, K. Uesugi, M. Kobayashi Assessment of 3D inhomogeneous microstructure of highly alloyed aluminium foam via dual energy K-edge subtraction imaging, Philosophical Magazine, Vol.90, No.14, 2010, 1853-1871
  12. H. Toda, E. Maire, S. Yamauchi, H. Tsuruta, T. Hiramatsu, M. Kobayashi, In situ observation of ductile fracture using X-ray tomography technique, Acta Materialia, Vo.59, No.5, 2011, 1995-2008.
  13. H. Toda, S. Masuda, R. Batres, M Kobayashi, S. Aoyama, M. Onodera, R. Furusawa, K. Uesugi, A. Takeuchi, Y. Suzuki, Statistical assessment of fatigue crack initiation from sub-surface hydrogen micropores in high-quality die-cast aluminum, Acta Materialia, Vol. 59, No.12, 4990-4998, 2011
  14. H. Toda, H. Oogo, K. Horikawa, K. Uesugi, Y. Suzuki, Y. Aoki, M. Nakazawa and M. Kobayashi, The true origin of fractures in structural metals, Acta Materialia, to be submitted.