1999 Fiscal Year Annual Research Report
ナノフラクトグラフィによる先進セラミックスの実働環境下の労働き裂進展機構の解明
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09450051
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
菅田 淳 大阪大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (60162913)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
植松 美彦 大阪大学, 大学院・工学研究科, 助手 (80273580)
城野 政弘 大阪大学, 大学院・工学研究科, 教授 (20029094)
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| Keywords | 疲労強度 / 疲労き裂進展 / セラミックス / き裂開閉口挙動 / 微小き裂 / 実働荷重 / 有効応力拡大係数 / き裂発生 |
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| Research Abstract |
セラミックス材料である窒化ケイ素から採取したCT試験片を用いて,一定振幅荷重ならびに変動荷重下の疲労き裂進展試験を行い,徐荷弾性コンプライアンス法によりき裂開閉口挙動を調べた.さらに,CT試験片に荷重を負荷したままき裂先端近傍を高分解能顕微鏡である原子間力顕微鏡(AFM)あるいは電子顕微鏡(SEM)により観察することが可能なジグを製作し,負荷過程や除荷過程あるいは過大荷重負荷直後における疲労き裂先端近傍の詳細観察を行った.得られた結果は以下の通りである.
1き裂先端経路のSEM観察により,一定,変動荷重下に関わらず,き裂が結晶粒界を進展するため,結晶粒がき裂上下面を橋渡しするいわゆるインターロッキングを確認することが出来た.
2インターロッキング部のかみ合部分より後方では,き裂開口変位(COD)が減少しており,また,負荷過程と除荷過程ではCODが異なることが確認された.これらは,インターロッキングがき裂先端における真の応力拡大係数(K_<tip>)を減少させていることを示している.
3荷重の繰返しにより,き裂進展経路から結晶粒の落ちぬけが観察された.これは,インターロッキング部の摩耗,破砕によるものと考えられる.また,このような摩耗,破砕によってK_<tip>が増加してき裂が進展することが確認された.
4過大荷重負荷後のCODは減少しており,過大荷重がインターロッキングの摩耗,破砕を促進し,き裂進展速度を加速させることが判明した.
5き裂進展経路の微視的SEM観察から得られるき裂進展速度は,除荷弾性コンプライアンス法から求められる巨視的き裂進展速度と必ずしも一致せず,き裂進展機構解明のためには,本研究のような微視的な経路観察が有効であることを示した.
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