繊維強化アルミニウム系複合材料の熱機械的特性と残留応力に関する研究

1994 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 06650123
• Research Institution: Niihama National College of Technology
• Principal Investigator: 池内 保一 新居浜工業高等専門学校, 材料工学科, 教授 (20044092)
• Keywords: 繊維強化金属 / 熱残留応力 / X線応力測定 / 熱膨張 / アルミニウム合金 / アルミナ繊維 / 炭化ケイ素繊維

Research Abstract

繊維強化金属基複合材料の実用化や信頼性の向上に際してはその熱応力挙動を明らかにする必要があるが、本研究では、主として平均直径17μmの細径長繊維を用いたAl_2O_3繊維強化純Alおよび直径140μmの太径長繊維を用いたSiC_<CVD>繊維強化6061Al合金の2種類の先端複合材料に種々の熱履歴を与えて複合材料の室温における母相熱残留応力状態をX線3軸解析すると共に複合材料の室温からの加熱・冷却過程における熱残留応力変化をX線その場測定し、これら複合材料の熱応力挙動を解析した。得られた主な結果を以下に示す。
1.繊維軸方向の熱残留応力σ_<11>、繊維軸横方向の熱残留応力σ_<22>および表面垂直方向の熱残留応力σ_<33>は各主応力であり、σ_<11>は絶対値最大の主応力である。
2.本実験の回折条件で測定される表面垂直方向の応力σ_<33>は、太い繊維の複合材料では自由表面の影響が大きくほとんど零に等しい、一方、細い繊維の複合材料ではσ_<33>は試料内部のそれに比べて約半分応力解放されている。また、母相熱残留応力は複合材料の熱履歴によって大きく変化し、この熱残留応力変化に直接関係して複合材料の寸法が変化する。
3.複合材料の室温から327℃の熱サイクル過程で母相熱残留応力はヒステリシスを示して変化する。
4.上記の熱サイクルにおいて複合材料の繊維軸方向の熱膨張曲線はヒステリシスを示すがその挙動は母相熱応力のX線その場測定結果とよく対応する。
5.熱残留応力の実験結果を理論予測する場合、測定領域における繊維の分布状態(規則あるいは不規則分布)を新たに考慮しなければならない問題点が示唆され、今後の詳細な検討を要する。

Research Products

• [Publications] 池内保一: "アルミナ繊維強化Al-5%Cu複合材料における熱誘起応力" 新居浜工業高等専門学校紀要(理工学編). 30. 72-80 (1994)
• [Publications] Yasukazu IKEUCHI: "X-Ray Evaluation of Thermally Induced Stresses in Heat-Treated Alumina Fiber-Reinforced Al-5%Cu Alloy" Proceedings of the Fourth International Conference on Residual Stresses. 732-740 (1994)
• [Publications] 池内保一: "アルミナ長繊維強化アルミニウム複合材料における熱残留応力のX線3軸解析" 材料. 43. 792-798 (1994)