2018 Fiscal Year Annual Research Report
Establishment of fatigue limit prediction method for spheroidal graphite cast iron using nondestructive method
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16K06815
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| Research Institution | Tokyo City University |
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Principal Investigator |
白木 尚人 東京都市大学, 工学部, 教授 (20298011)
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2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | Ｘ線ＣＴ / 球状黒鉛鋳鉄 / 疲労限度 / 欠陥寸法 / 破壊起点 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
一般に鉄鋼材料の疲労限度は，引張強さの1/2又はビッカース硬さHVの1.6倍といわれているが，球状黒鉛鋳鉄の様に材料中に大きな欠陥が存在する場合，引張強さのみでは評価できない場合がある．欠陥を矩形近似し，その面積平方根を√areaとし，基地組織のビッカース硬さを考慮することで疲労限度を推定する4パラメータ法を提案されており，精度の良い推定が可能であることが知られている．一方，鋳造品に内在する欠陥の検出にはX線CTが用いられており，検出された欠陥を統計的に解析することにより，同様の手法で疲労限度を非破壊的に予測できる可能性がある．この手法が確立されれば，本手法は疲労試験を行うことなく球状黒鉛鋳鉄を構造材料として用いるための実用的な疲労強度評価方法となり得る．
試験片は，FCD350相当の球状黒鉛鋳鉄の大型鋳物から軸荷重疲労試験を切り出し，全ての試験片について高分解能X線CTを用いて材料に内在する黒鉛や欠陥を検出した．黒鉛や欠陥の寸法と，前述した疲労限度推定式を用いて疲労限度の推定を行った．軸荷重疲労試験はJISに準拠して行った．すべての疲労破面における破壊起点を電子顕微鏡で観察し，X線CTにより観察された欠陥と疲労試験の破壊起点を比較し検討した．
X線CTにより検出された体積が最大の欠陥の欠陥寸法による推定の疲労限度は，実験により求められた疲労限度125MPaに対して誤差5%の安全側であった．しかし，疲労試験において，破壊起点は必ずしも体積が最大の欠陥ではなかった．そこで，各試験片の体積が上位10番目までの欠陥全ての累積分布関数F=50%のときの平均欠陥寸法により疲労限度の推定を行ったところ，実験により求められた疲労限度に対して誤差11%の危険側の推定となった．これらの結果から，非破壊検査による疲労強度の推定は可能と思われる．
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