SSDGを用いたセラミックスならびにセラミックス系被膜材の高温強度に関する研究

1996 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 06452151
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 小倉 敬二 大阪大学, 基礎工学部, 教授 (70029007)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 天野 順 松江工業高等専門学校, 助教授 (50222683) ; 西川 出 大阪大学, 基礎工学部, 助教授 (90189267)
• Keywords: セラミックス / 溶射被膜材 / 疲労強度 / 高温強度 / 静・動疲労 / レーザスペックル / き裂開閉口 / コンプライアンス

Research Abstract

本年度はセラミックス・セラミックス溶射材の高温疲労強度ならびにき裂開口変位計測を行った.得られた結果を以下にまとめて示す.
1.2種類の炭化ケイ素セラミックスを用いて,1200℃の高温下における静疲労,動疲労特性を調べた.この試験では荷重負荷時間の評価が正確に行えるようにするために矩形波両振り負荷が行えるような試験機を試作した.その結果,この材料のい疲労挙動には繰返しの効果は極めて少なく,時間依存が支配的であることがわかった.
2.被面観察ならびに表面観察から,これら炭化ケイ素セラミックスに発生したき裂は安定成長が極めて少なく,急速に不安定破壊へ移行した痕跡が確認された.
3.レーザスペックルを用いた正確なき裂開口変位計測手法を提案すると共に,アルミナセラミックス,窒化ケイ素セラミックスの3点曲げ疲労試験において,発生した微小き裂の開閉口挙動を計測した.セラミックスの荷重P-き裂開口変位COD曲線には固体摩擦型のループの拡がりはわずかしか確認されなかった.窒化ケイ素セラミックスのP-COD曲線の勾配はき裂が進展しないにも関わらず変化するなど複雑な挙動を示していた.コンプライアンスから計算されるき裂長さと表面でのき裂長さは異なり,表面では正確なき裂長さの評価が難しいことがわかった.
4.アルミナセラミックス溶射材の常温ならびに高温疲労試験に引き続き,生理食塩水中での疲労試験を行った.試験中レーザスペックルゲージを用いて応力-ひずみヒステリシスを計測した.疲労初期における応力-ひずみ関係は基材の特性のみが現れていたが,疲労過程中期にはヒステリシスループに局部的に無ひずみ領域が生じ,後期過程においてはこれが大きくなった.被面観察,疲労過程中の縦断面観察の結果,疲労中期にはステンレス鋼基材に多数のき裂が入り,その後アルミナセラミックス溶射層にき裂が入る.そこから腐食用溶液の流入が起こり,き裂進展を加速することがわかった.

Research Products

• [Publications] 小倉敬二,西川出,山貫泰弘,伊暁: "レーザひずみ計測によるSUS304,SUS316鋼切欠材の高温疲労寿命の検討" 日本機械学会講演論文集. No964-1. 651-652 (1996)
• [Publications] 小倉敬二,西川出,倭直延,天野順: "アルミナ溶射皮膜材のヒステリシス計測と高温疲労過程" 日本機械学会講演論文集. No964-1. 653-654 (1996)
• [Publications] 天野順,渡部正気,小倉敬二,西川出: "HVOFによるWC-Co溶射被膜鋼の疲労破壊機構" 日本機械学会講演論文集. No964-1. 681-682 (1996)
• [Publications] 小倉敬二,西川出,伊暁: "高温下SUS316FR,Inconel X-750切欠底のひずみ計測と疲労き裂発生挙動" 日本機械学会講演論文集. No.96-10. 143-144 (1996)
• [Publications] 天野順,小倉敬二,西川出: "溶射皮膜鋼のヒステリシス計測と高温疲労過程" 日本材料学会第23回疲労シンポジウム講演論文集. 177-180 (1996)
• [Publications] 小倉敬二,西川出: "レーザ計測技術の材料強度への応用" 配管技術. 510. 127-132 (1997)