1993 Fiscal Year Final Research Report Summary

金属基複合材料の疲労破壊機構の解明

Research Project

Project/Area Number	04452115
Research Category	Grant-in-Aid for General Scientific Research (B)
Allocation Type	Single-year Grants
Research Field	機械材料工学
Research Institution	Osaka University
Principal Investigator	城野政弘大阪大学, 工学部, 教授 (20029094)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	菅田淳大阪大学, 工学部, 講師 (60162913)
Project Period (FY)	1992 – 1993
Keywords	金属基複合材料 / 疲労強度 / 粉末冶金合金 / 溶湯鍛造合金 / 疲労き裂発生機構 / 疲労き裂進展機構 / 微小き裂 / 直接観察
Research Abstract	金属基複合材料の疲労破壊機構を解明するために、異方性が少なく、製造が容易で実用段階に達しているにもかかわらず、疲労強度データの集積や疲労特性に関する研究があまり進められていないSiC粒子強化アルミニウム基複合材料を取り上げ、平面曲げ疲労試験を行い、表面微小疲労き裂の詳細な連続観察および走査電子顕微鏡破面観察により、微小疲労き裂の発生および初期進展機構を明らかにした。溶湯鍛造法による複合材料では、比較的大きなSiC粒子が存在し疲労き裂は界面割れを起点として比較的初期に発生するため、疲労強度も低下する。それに対し粉末冶金法による複合材料では、き裂は母材とSiC粒子の界面近傍で発生するものの界面が割れることはなく、母材中のすべりにより発生することから疲労強度は母材に比較して特に低下することはない。き裂の進展は、前者の材料では小数の主き裂が成長するのに対し、後者では主としてき裂先端繰返し塑性域内に発生する微視き裂との合体により進展する結果、巨視的には荷重軸直角方向に進展するが、微視的にはジグザグを繰返し進展する。また、疲労き裂がSiC粒子にぶつかる場合、通常はSiC粒子の界面にそって進展するため、多くの微視的な屈曲をもたらしき裂進展抵抗を高める。さらに、き裂発生応力が高いため、微小き裂の進展下限界値の減少も小さいことなどを明らかにした。以上の結果、強化粒子を十分小さくし、均一に分布させた粒子分散型粉末冶金金属基複合材料は耐摩耗性のみでなく耐疲労強度材としても十分実用に耐えることがわかった。なお本研究では、走査電子顕微鏡観察画像の直接取込みと画像処理によりき裂進展長さ、き裂開口変位ならびにき裂先端近傍の変形場の定量的解析をも可能とした。さらに画像処理技術を用い、き裂発生起点となる介在物あるいは分散粒子寸法分布の計測とその極値統計解析から、実部材寸法における疲労強度推定法を提案した。

Research Products

(6 results)

All Other

All Publications (6 results)

[Publications] 城野政弘: "Al-25Si粉末鍛造アルミニウム合金における表面微小疲労き裂の発生および進展挙動" 材料. 42. 176-182 (1993)
[Publications] Atsushi Sugeta: "Initiation and Growth Behavior of Small Surface Fatigue Crack on Forged P/M Aluminun Alloys" Proc.Fatigue 93. 1. 1167-1172 (1993)
[Publications] Masahiro Jono: "Effect of Primary Silicon Size on Fatigue Properties of Powder Forged Al-25Si-2024 Alloys" Proc.1993 Powder Metallurgy World Congress. Part1. 559-562 (1993)
[Publications] Masahiro Jono: "Direct Observation of Fatigue Crack Growth Using a Field Emission Type Scanning Electron Microscope" Proc.Asian Pacific Conf.Fracture and Strength. 419-424 (1993)
[Publications] 城野政弘: "画像処理を用いた疲労き裂進展の観察" 画像ラボ. 11. 19-22 (1993)
[Publications] 城野政弘: "SiC粒子強化アルミニウム基複合材料における表面微小疲労き裂の発生および進展挙動" 日本機械学会材料力学部門講演会論文集. 930-73. 95-96 (1993)

1993 Fiscal Year Final Research Report Summary

金属基複合材料の疲労破壊機構の解明

Principal Investigator

城野 政弘 大阪大学, 工学部, 教授 (20029094)

Research Products

[Publications] 城野 政弘: "Al-25Si粉末鍛造アルミニウム合金における表面微小疲労き裂の発生および進展挙動" 材料. 42. 176-182 (1993)

[Publications] Atsushi Sugeta: "Initiation and Growth Behavior of Small Surface Fatigue Crack on Forged P/M Aluminun Alloys" Proc.Fatigue 93. 1. 1167-1172 (1993)

[Publications] Masahiro Jono: "Effect of Primary Silicon Size on Fatigue Properties of Powder Forged Al-25Si-2024 Alloys" Proc.1993 Powder Metallurgy World Congress. Part1. 559-562 (1993)

[Publications] Masahiro Jono: "Direct Observation of Fatigue Crack Growth Using a Field Emission Type Scanning Electron Microscope" Proc.Asian Pacific Conf.Fracture and Strength. 419-424 (1993)

[Publications] 城野 政弘: "画像処理を用いた疲労き裂進展の観察" 画像ラボ. 11. 19-22 (1993)

[Publications] 城野 政弘: "SiC粒子強化アルミニウム基複合材料における表面微小疲労き裂の発生および進展挙動" 日本機械学会材料力学部門講演会論文集. 930-73. 95-96 (1993)

城野政弘大阪大学, 工学部, 教授 (20029094)

[Publications] 城野政弘: "Al-25Si粉末鍛造アルミニウム合金における表面微小疲労き裂の発生および進展挙動" 材料. 42. 176-182 (1993)

[Publications] 城野政弘: "画像処理を用いた疲労き裂進展の観察" 画像ラボ. 11. 19-22 (1993)

[Publications] 城野政弘: "SiC粒子強化アルミニウム基複合材料における表面微小疲労き裂の発生および進展挙動" 日本機械学会材料力学部門講演会論文集. 930-73. 95-96 (1993)