チタン単結晶における疲労き裂伝播の素過程

1997 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 09650767
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: 高島 和希 東京工業大学, 精密工学研究所, 助教授 (60163193)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 頓田 英機 熊本大学, 工学部, 教授 (90040386) ; 下条 雅幸 東京工業大学, 精密工学研究所, 助手 (00242313) ; 肥後 矢吉 東京工業大学, 精密工学研究所, 教授 (30016802)
• Keywords: チタン / 単結晶 / 疲労 / 結晶方位 / き裂伝播速度 / き裂伝播機構 / すべり / 双晶

Research Abstract

金属材料のintrinsicな疲労抵抗を調べ、疲労き裂伝播抵抗の向上を計るためには、単結晶における疲労き裂伝播挙動を知ることがきわめて重要である。それにもかかわらず、単結晶を用いた疲労き裂伝播に関する研究は少なく、特にHCP金属の疲労き裂伝播機構の詳細についてはほとんど知られていない。本研究では、HCP金属であるチタン単結晶について切欠き方位を種々変えて疲労き裂伝播試験を行ない、疲労き裂伝播の結晶方位依存性を調べることによって、疲労き裂伝播の微視機構を明らかにすることを目的とする。
出発材料には純チタン圧延板を使用し、これより粗大結晶粒試料を歪焼鈍法によって作製した。これよりチタンのすべり系、双晶系を考慮して、6種類のコンパクト試験片(切り欠き面および切り欠き方向は、それぞれA試験片:(1210)[1010]、B試験片:(0110)[2110]、C試験片(0001)[1010]、D試験片:(0001)[2110]、E試験片:(0110)[0001]、F試験片:(1210)[0001])を切り出した。疲労き裂伝播試験は室温大気中で、油圧サーボ型試験機を用いて行った。
き裂伝播速度およびき裂伝播経路は結晶方位により変化し、明らかな結晶方位依存性が認められた。A、B両試験片におけるき裂は(0110)[2110]に平行に伝播し、破面にはストライエーション状の縞模様が観察された。このことより、き裂はき裂先端で交差する2組の柱面すべりの活動によって進展すると思われる。一方、C、D両試験片におけるき裂は(0001)にそって伝播し、き裂面近傍では{1012}双晶のトレースが、また、破面にはこの双晶界面と関連するパターンが観察された。さらに、その双晶パターンの中にはストライエーションが観察された。E、F両試験片においてき裂は、切り欠き方向に対してほぼ垂直な方向に発生あるいは伝播した。これは[0001]のき裂伝播抵抗が高いことを示唆している。

Research Products

• [Publications] K.Takashima et.al.: "Effects of Crystallographic Orientation on Fatigue Crack Growth in α-Titanium Single Crystals" Advances in Fracture Researcl. Vol.3. 1645-1652 (1997)
• [Publications] K.Takashima et.al.: "Fatigue Crack Propagation in Titanium Single Crystals" Key Engineering Materials. 145-149. 721-726 (1998)