光進複合材料の疲労破壊機構の解明(ミクロ,メゾ,マクロ的接近法の結合)

1999 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 09305010
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 城野 政弘 大阪大学, 大学院・工学研究科, 教授 (20029094)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 植松 美彦 大阪大学, 大学院・工学研究科, 助手 (80273580) ; 菅田 淳 大阪大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (60162913)
• Keywords: 疲労強度 / 疲労き裂進展 / 一方向けい素鋼板 / き裂開閉口 / 微少き裂 / すべり変形 / 微視的観察 / 金属基複合材料

Research Abstract

先進複合材料である数種類の金属基複合材料(粉末冶金法および溶製法により作られたSiC粒子強化アルミニウム合金基複合材料,溶製法により作られたSiCウィスカ強化アルミニウム合金基複合材料)から作成した小型曲げ試験片を用いて疲労試験を行い,微小疲労き裂の発生挙動と初期進展挙動について検討した.その結果,溶製法により作られた金属基複合材料では,強化材の種類によらず,強化材と母材の界面強度が弱いため,き裂は界面にて発生することが判明した.これに対し,粉末冶金法による金属基複合材料では界面強度が高いために,強化材と母材の変形の不整合によって,界面近傍の母材中で発生し,疲労き裂進展抵抗も高いことが判明した.一方,微視的なき裂進展機構の検討に関しては,ほぼ単結晶材料のき裂進展挙動が観察できると考えられる一方向性けい素鋼板を用いて疲労き進展試験を行い,き裂先端のすべり変形を超高分解能の原子間力顕微鏡よって観察した.この時,比較的き裂進展速度の遅い領域において生じるモードIとモードIIの混合モード型き裂進展の機構について考察を行った.その結果,疲労き裂先端で生じるすべり変形は,必ずしも連続的でなく離散的であることが判明した.また,低進展速度域ではき裂進展駆動力が小さいために,き裂先端に上下対称に存在する2つの優先すべり系を同時に作動することができず,どちらか一方が集中的に作動するために,き裂が混合モードで進展することが判明した.さらに,すべり変形が一方に集中することでひずみ硬化が生じ,その方向へのすべり変形が生じにくくなってき裂が屈曲することが明らかになった.

Research Products

• [Publications] 城野 政弘: "疲労き裂先端近傍すべり発生挙動のAFM観察と画像処理による解析"日本材料学会 第48期学術講演会. 199-200 (1999)
• [Publications] 城野 政弘: "AFMによる疲労き裂先端のすべり変形観察と画像処理解析"日本機械学会 平成11年度材料力学部門講演会. 545-546 (1999)
• [Publications] 城野 政弘: "Initiation and Growth Mechanism of Small Fatigue Cracks in SiC/Al Composites"Small Fatique Cracks : Mechanical and Mechanisms. 289-300 (1999)
• [Publications] 城野 政弘: "AFMによる疲労き裂先端の微視的観察と画像処理解析"日本機械学会 関西支部第75期定時総会. (2000)