二重円筒型双結晶系試験片を用いた実験による高温破壊に及ぼす結晶粒界の影響の抽出

2005 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 16560607
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: 尾中 晋 東京工業大学, 大学院・総合理工学研究科, 教授 (40194576)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 加藤 雅治 東京工業大学, 大学院・総合理工学研究科, 教授 (50161120) ; 藤居 俊之 東京工業大学, 大学院総合理工学研究科, 助教授 (40251665)
• Keywords: 高温変形 / 高温破壊 / 結晶粒界 / 塑性変形 / 結晶欠陥

Research Abstract

多結晶材料の高温変形時には,しばしば,クラックやボイドの発生による粒界破壊が起こる.高温強度を高めるための知見を獲得することを目的として,多結晶材料の粒界破壊を理解することを目指す.そこで,二重円筒型双結晶系試験片を用いた実験を行い,材料中に含まれる結晶粒界がそこでの破壊に及ぼす影響を考察する.
二重円筒型双結晶試験片の高温破壊
現有のブリッジマン炉によって銅の二重円筒型双結晶を育成した.二重円筒型双結晶は内側の円筒型結晶粒とそれを取り囲む外側の結晶粒で構成されており,その育成には特別に設計した炭素坩堝を用いた.内側の結晶粒の直径が約15mm程度の二重円筒型双結晶を得ることができた.
育成した二重円筒型双結晶から試験片を切り出し,ひずみ速度10^<-5>/sから10^<-3>/sの範囲,温度800Kでの高温引張試験を行った.引張変形によって加えるひずみを20%にした場合,ひずみ速度10^<-4>/sおよびそれ以下のひずみ速度では円形の粒界に沿って粒界クラックが発生した.また,ひずみ速度を10^<-4>/sに固定した場合,5%程度のひずみを加えたときに粒界クラックが発生した.二重円筒型双結晶試験片は円形の粒界を持つので,引張軸と粒界面法線方向のなす角度が45度の位置は四カ所存在する.それらの四カ所を対角方向の二カ所ずつを一組とすれば,45度の角度をなす二組の粒界上の位置のうち,粒界クラックは特定の一組にのみ発生した.これらの粒界クラック優先発生箇所は,1)外部応力のせん断成分の寄与で生じる粒界すべり,そして2)結晶粒の塑性変形によって起こる変位と粒界面の相対関係,という二つの因子を考えることによって合理的に説明することができた.