超音波顕微鏡による異材継手境界部の残留応力・ひずみの定量評価に関する研究

• Project/Area Number: 08650083
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Research Field: Materials/Mechanics of materials
• Research Institution: Kitami Institute of Technology
• Principal Investigator: 冨士 明良 北見工業大学, 工学部, 教授 (00199275)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 金 裕哲 大阪大学, 接合科学研究所, 助教授 (20144529) ; 小林 道明 北見工業大学, 工学部, 教授 (20105539)
• Project Period (FY): 1996
• Project Status: Completed (Fiscal Year 1996)
• Budget Amount: ¥2,200,000 (Direct Cost: ¥2,200,000); Fiscal Year 1996: ¥2,200,000 (Direct Cost: ¥2,200,000)
• Keywords: 超音波顕微鏡 / 異材継手 / 残留応力 / 塑性ひずみ / 摩擦圧接

Research Abstract

純(Ti)及び純(Al)母材について引張の負荷ひずみと音速の変化との関係を測定し,次に,接合したまま及び熱処理後のTi/Al継手の半径方向の各位置における音速分布を求めた.さらに,継手境界部の硬さ分布を測定し,上述した音速分布及び有限要素法を用いた熱弾塑性解析により求めた応力・ひずみ分布との間に相関関係があることを明らかにした.得られた結果を以下に要約する.
1.Al及びTi母材の特性:弾性域では,Al母材で音速は3050m/sから3020m/s直線的に約1%低下し,一方,Ti母材においては2985m/sから2920m/sまで直線的に約3%低下した.しかし,塑性域では両材料ともひずみの増加と音速の間に特に相関はみられなかった.
2.Ti/Al継手
(1)接合したままの継手:境界部に隣接するTi側の音速は2750m/s〜2850m/sと母材の音速より100〜200m/s低下し,Al側の音速は3200m/s〜3350m/sと母材の音速より180m/s〜300m/s上昇した.一方,境界部近から離れた位置では,Ti側の音速は約2980m/s、Al側の音速は約3050m/sで推移した.これらの結果は,有限要素法による熱弾塑性解析,並びに境界部の硬さ分布と良い対応を示した.つまり,残留応用・ひずみの高い位置の硬さは上昇し,音速の変化も大きかった.
(2)300℃-1.0Hの熱処理をした継手:(1)で解明した境界部に隣接する音速及び硬さの変化は減少した.これは,熱処理により、残留応力・ひずみが解消したためと考えられた.
(3)600℃-1.0Hの熱処理をした継手:音速分布及び硬さ分布は(1)ほぼ同様になった.これは,高温の熱処理によって,接合時の残留応力・ひずみが一度解消するものの,熱処理後の冷却過程で両材料の熱的特性の差異に起因して再び熱応力・ひずみが生じたためであることを明らかにした.