繊維強化アルミニウム系複合材料の熱的寸法安定性と残留応力

1999 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 10650107
• 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 / アルミナ繊維 / アルミニウム / 熱膨張 / ヒステリス / 熱残留応力 / 高温変形 / 応力緩和

Research Abstract

繊維強化金属基複合材料は高温比強度・比剛性の大きい構造用材料としてのみならず熱膨張率などの特性が調製できる機能性材料として注目されその実用化が期待されている。これら繊維強化金属基複合材料では,繊維と母材の熱膨張差に起因して生じる熱残留応力は複合材料の熱膨張・収縮におけるヒステリシス現象や寸法不安定の原因となることが指摘されており,熱残留応力と熱膨張の関係を明らかにすることが重要である。
本研究ではγ-Al_2O_3繊維強化純Al複合材料の室温から527℃までの熱履歴過程における繊維軸方向の熱膨張挙動を熱残留応力の立場から実験的に解析した。熱膨張測定には市販の押棒式熱膨張計を用い,X線回折法で室温から327℃の範囲でその場測定した母材の熱残留応力から複合材料中での繊維の自由な熱膨張を推定した。複合材料中に生じる繊維軸方向の熱応力を一次近似として複合材料と繊維の熱膨張差から算出できた。算出された熱残留応力は複合材料の熱履歴によって大きく変化した。複合材料の室温から527℃までの熱サイクル過程で母材は塑性変形して複合材料の熱膨張曲線はヒステリシスを描き,そのループは複合材料の少なくとも100回までの熱サイクルにおいて安定したヒステリシスループであった。複合材料を加熱途中の高温で一定温度に保持すると複合材料は収縮し,冷却途中の高温で一定温度に保持すると複合材料は膨張した。この挙動は複合材料の熱履歴過程で生じた母材熱応力の緩和挙動に関係し,本複合材料の一定温度保持下での母材熱応力の緩和挙動は純アルミニウムの高温定常クリープ速度式の形でよく記述できた。

Research Products

• [Publications] Yasukazu IKEUCHI: "X-Ray Triaxial Evaluation of Thermal Residual Stresses in γ-Alumina Fiber-Reinforced Al-5% Cu Composite"Conference on Advanced Material Development and Performance. Vol. 1. 234-239 (1999)
• [Publications] 池内保一: "アルミナ長繊維強化アルミニウム複合材料の熱膨張"第35回X線材料強度に関するシンポジウム講演論文集. 232-237 (1999)