2018 Fiscal Year Annual Research Report
Changing mechanisms of surface topography and the fatigue damage assessment in cyclically loaded metal materials
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17K14552
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
藤村 奈央 北海道大学, 工学研究院, 助教 (40732988)
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2017-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 表面性状 / 疲労損傷評価 / ステンレス鋼 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、繰返し負荷を受けた金属材料の損傷の程度を、表面粗さを測定することによって評価する方法の提案を目指して、繰返し塑性変形によって変化する表面性状の形成過程ならびに変化機構を明らかにし、この変化を定量的に評価する手法の確立を目的としている。平成30年度は、ステンレス鋼試験片に対して2種類の二段二重低サイクル疲労試験を実施し、ひずみ履歴がある場合の表面性状の変化を、表面性状パラメータを用いて定量的に評価するとともに、表面に形成された微細な凹凸の形成・成長過程を調べることで、評価パラメータと実際に表面で生じている現象との関係を検討した。詳細は以下の通りである。
まず、疲労試験中、定期的にレーザー顕微鏡で試験片の表面形状を計測した。疲労試験では、HighとLowの2種類のひずみ範囲条件を採用し、付与する順序をH→LあるいはL→Hとしてひずみ履歴を変化させた。表面形状測定結果に対して2次元フーリエ変換を用いた周波数解析を行い、すべり帯形成および結晶粒の変形・回転によって生じた2種類の凹凸の高さを測定した。その結果、2種類の凹凸はいずれも繰返し数の増加に伴って増加することが確認された。また、ひずみ履歴を変化させた後の各凹凸の高さの増加量は後続のひずみ範囲条件によって変化し、増加傾向は前年度実施した一定ひずみ範囲試験で見られた各ひずみ範囲でのそれと類似した。
次に、同試験片表面のあれ具合を、算術平均粗さRaと算術平均うねりWaを用いて評価し、2種類の凹凸の高さ変化と比較した。その結果、ひずみ履歴があっても、すべり帯由来の凹凸の高さの変化とRa、結晶粒の変形・回転による凹凸の高さとWaの間にはそれぞれ線形的な強い相関関係があることが示された。このことから、ひずみ履歴がある場合でも、RaとWaを用いることで表面の局所的な疲労損傷過程に基づき材料の損傷具合を評価できる可能性を示した。
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Research Products
(2 results)
