切れ刃との微小干渉下におけるセラミックス材料の塑性的挙動の評価

1992 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 03650113
• Research Institution: SHIBAURA INSTITUTE OF TECHNOLOGY
• Principal Investigator: 柴田 順二 芝浦工業大学, 工学部, 教授 (30052822)
• Keywords: 脆性材料 / ガラス / 球状圧子 / 押込み / 接触変形 / 塑性 / 降伏応力 / 延性型切り屑

Research Abstract

ファインセラミックスの機械加工によって生じる仕上面の品質と加工損傷の定量的な因果関係は,未だ不明な点が多い。これは切れ刃とのミクロな干渉下でのセラミックス材料の変形・破壊挙動がほとんど検討されていないためである。そこで本研究では,ファインセラミックスと切れ刃が微小干渉した時の,材料の変形・破壊挙動について,特に切れ刃の先端曲率の効果に着目しながら,理論と実験の両面から追究した。
理論モデルでは円錐圧子と材料の静的押し込み過程における材料内部の応力状態を弾性力学的に求め,弾性接触限界を予想した。この結果,弾性接触領域は極めて僅かであり,特に圧子先端曲率半径が小さい場合には,ほとんど存在し得ないことがわかった。したがって両者の接触状態の大部分は,弾塑性接触状態にあることになり,この場合の接触挙動はHillの球殻拡張理論の適用により解析された。この解析結果は,微小変位型押し込み実験による荷重ー変位曲線を比較的よく説明できることがわかった。一方,除荷特性曲線は,圧子接触内部の塑性領域を剛体と仮定し,それを取り囲む弾性領域の復元特性から求められた。すなわち従来考えられている圧子陰刻の寸法が,弾性復元によって縮小すると言うモデルと異なっており,実測結果は本研究のモデルの方が現象により近いことを示している。更に弾塑性変形後に生じるクラックの発生機構についても若干の検討を加え,実験によりその挙動を観察し,その特性を明らかにすることができた。

Research Products

• [Publications] 鳥居 雄一,荒垣 昌秀,柴田 順二: "Sub-μm干渉下における材料の押込み変形挙動の観察" 1992年度精密工学会秋期大会学術講演会講演論文集. 821-822 (1992)
• [Publications] Yuichi Torii,Masahide Aragaki and Junji Shibata: "Observation of deformation behavior of materials under sub-μm(nano) interference by a indentor" The Proceedings of IPES-7. (1993)