Creep-induced Nonlinear Acoustic Characterizations and Microstructural Change in an Austenitic Stainless Steel

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  • オーステナイト系ステンレス鋼のクリープ損傷中の非線形音響特性と微細組織の変化
  • オーステナイトケイ ステンレスコウ ノ クリープ ソンショウ チュウ ノ ヒセンケイ オンキョウ トクセイ ト ビサイ ソシキ ノ ヘンカ

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Abstract

本研究では，電磁超音波共鳴法(Electromagnetic Acoustic Resonance EMAR)を用いて，オーステナイト系ステンレス鋼(JIS-SUS304)のクリープ損傷中の2つの非線形音響特性：共鳴周波数の振幅依存性と混合周波数応答の変化を調べ，それらの変化と組織変化の関係を明らかにした．EMARは共鳴法と非接触電磁超音波探触子(Electromagnetic Acoustic Transducer EMAT)を組み合わせたものである．板状試料の厚さ方向に伝搬する横波を送受信する体積波型横波EMATを用いた．測定された2つの非線形音響特性は，それぞれクリープ寿命の40%で最大値と60%で最小値を示した．これらの現象を，転位の回復，再結晶，再構築，クリープボイドの発生と成長という観点から解釈した．それらは，SEMとTEM観察から裏付けた．この非接触共鳴によるEMAT測定は，クリープ寿命を通して体積波横波の非線形性の進化をモニターすることができ，金属の損傷進化を評価し，クリープ寿命を予測する可能性がある． We investigated the evolutions of two nonlinear acoustic characterizations; the resonant frequency shift and the mixed frequency response, with electromagnetic acoustic resonance (EMAR) throughout the creep life in an austenitic stainless steel, JIS-SUS 304, and clarified the relationship between their evolutions and the microstructural changes. EMAR was a combination of the resonant acoustic technique with a non-contact electromagnetic acoustic transducer (EMAT). We used bulk-shear-wave EMAT, which transmits and receives shear-wave propagating in the thickness direction of a plate specimen. Two measured nonlinear acoustic characterizations showed the peaks at 40 % and the minimum at 60 % of the creep life, respectively. We interpreted these phenomena in terms of dislocation recovery, recrystallization, restructuring, and the initiation and growth of creep void, with support from the SEM and TEM observations. This noncontact resonance-EMAT measurement can monitor the evolution of the bulk-shear-wave nonlinearity throughout the creep life and has the potential to assess the damage evolution and predict the creep life of metals.

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