Fatigue behavior evaluation by tension-compression fatigue testing of micron sized metals

2022 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 17K14566
• Research Institution: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
• Principal Investigator: 名越 貴志 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 研究員 (40769668)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 微小疲労試験 / 繰返し応力

Outline of Annual Research Achievements

研究期間全体を通じて、微小疲労試験を行うために装置の改修及び試験片作成の最適化を進め、純チタン、Ti6Al4V合金を用いて両振り応力の引張圧縮繰り返し試験を実施した。
試験機は荷重や変位の精度向上に加えて応力負荷制御システム導入を行うことで両振り応力負荷中の応力を精度良く評価することのできる試験機を構築した。又、試験片の作製にはレーザー加工による粗加工とFIBによる精密加工を組み合わせた二段階加工法を導入することで加工時間の短縮に成功した。
種類の異なる熱処理を行ったTi-6Al-4Vから微小試験片を作製し，圧縮と引張の試験を交互に繰り返すことで両振り応力条件での微小疲労試験をおこなった．水冷材では等軸α相の平均粒径が小さい水冷材の方が降伏強度が大きく，結晶粒径の大きさと降伏強度の相関が得られた.また，等軸α相の結晶粒径の大きさでラメラ相内でのすべり発生が左右されることから，針状組織のラメラ相が強度に対して支配的な影響を及ぼしていると示唆する結果を得た．また，繰り返し負荷においてはすべり帯の再利用が確認でき，その進行の結果としてイクストルージョン，イントルージョンなどの発達が観測されており，疲労進展の素過程についての重要な知見を得た．更に、繰り返しひずみが材料の組織にどのような影響を与えるかについて評価、考察を進めた。Ti-6Al-4V合金の疲労においては組織間を貫くすべりが繰り返し活動することによって疲労が進行しており、これにより表面起伏が生じていることが明らかとなり、この表面起伏が亀裂の起点になることが示唆された。