高強度鋼のギガサイクル確率疲労特性の解明と信頼性保証技術の確立

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 11650106
• Research Institution: Ritsumeikan University
• Principal Investigator: 酒井 達雄 立命館大学, 理工学部, 教授 (00066739)
• Keywords: 高強度鋼 / 信頼性解析 / 確率疲労特性 / 長寿命疲労特性 / 混合ワイブル分布 / 二重S-N特性 / 疲労限度 / フィッシュ・アイ

Research Abstract

各種高強度鋼や表面処理金属材料が開発され、機械構造用材料として幅広く利用されているが、これらの金属材料についてS-N曲線の2段折れ曲がり現象がしばしば報告され、その疲労破壊機構の解明が緊急の課題になっている。本研究はこれらの金属材料に関するギガサイクル領域の長寿命疲労特性を実験的に明らかにするとともに、フラクトグラフィおよび破壊力学的考察をもとに、上記の特徴的S-N特性の発現メカニズムを解明するものである。
本研究課題に関するこれまでの研究成果を要約すれぱ、以下のとおりである。
1、高強度鋼のギガサイクル疲労において観察される2段折れ曲がり現象は、表面起点型破断と内部起点型破断に関する個別のS-N曲線が、別々の位置にずれて現れることによるもので、本来、「二重S-N曲線」とよぶべき疲労特性であることが解った。
2、回転曲げおよび引張圧縮軸荷重の両負荷様式でギガサイクル疲労特性を調べた結果、いずれの負荷様式でも上記二重S-N特性が観察されることがわかった。しかし、回転曲げ荷重の方が表面起点型破断のS-N曲線と内部起点型破断のS-N曲線の分離が顕著になる傾向が確認された。
3、内部起点型破断のS-N曲線傾斜部の勾配が、表面起点型破断のS-N曲線のそれより緩やかな点について、真空中および大気中のき裂進展則の差をもとに、破壊力学的解釈を与えることができた。
4、内部起点型破面上に現れる起点介在物周辺の細粒状領域(FGA)の先端部の応力拡大係数はΔK_<th>に対応し、フィッシュ・アイの周縁における応力拡大係数はΔK_<fc>に対応することが解った。

Research Products

• [Publications] Tatsuo SAKAI: "Experimental Evidence of Duplex S-N Characteristics in Wide Life Region for High Strength Steels"Proc. 7^<th> International Fatigue Congress. Vol.1. 573-578 (1999)
• [Publications] Tatsuo SAKAI: "A Study on Fatigue Property of High Strength Steels for Mechanical Tool Use"Fracture and Damage Mechanics. 15-23 (1999)
• [Publications] 中島正貴: "高強度鋼SUJ2におけるFish-eye破壊過程の観察"日本機械学会論文集(A編). Vol.65. 2504-2510 (1999)
• [Publications] 酒井達雄: "高炭素クロム軸受鋼の広寿命域における特徴的回転曲げ疲労特性に関する実験的検証"材料. Vol.49. 779-785 (2000)
• [Publications] 後藤真宏: "SUJ2研削材の長寿命域疲労特性に及ぼす表面硬化層除去の影響"材料. Vol.49. 786-792 (2000)
• [Publications] 小熊規泰: "軸受鋼の回転曲げ疲労試験における内部起点型破断に対する疲労寿命予測"材料. Vol.50. 516-523 (2001)
• [Publications] Tatsuo SAKAI: "Characteristic S-N Property of High Carbon Chromium Bearing Steel in Ultra-Wide Life Region under Rotating Bending"Materials Science Research International. STP1. 41-46 (2001)
• [Publications] 酒井達雄: "高炭素クロム軸受鋼の超広寿命域における回転曲げ疲労特性と破面形態"日本機械学会論文集(A編). Vol.67. 1805-1812 (2001)
• [Publications] Tatsuo SAKAI: "Characteristic S-N Property of High Carbon Chromium Bearing Steel under Axial Loading in Long Life Fatigue"Proc. Fatigue in the Very High Cycle Regime. 51-57 (2001)
• [Publications] Tatsuo SAKAI: "Characteristic S-N Property of High Strength Steels in Ultra-Wide Life Region under Rotating Bending"Proc. EcoDesign2O01. 432-437 (2001)
• [Publications] Tatsuo SAKAI: "Expansion of the Database of MSDRD and Analyses of S-N Fatigue Test Data in Ultra-Long Life Regime"Proc. EcoDesign2O01. 438-443 (2001)
• [Publications] 酒井達雄: "高炭素クロム軸受鋼の長寿命軸荷重疲労特性に関する研究"日本機械学会論文集(A編). Vol.67. 1980-1987 (2001)