2010 Fiscal Year Annual Research Report
チタン合金の高サイクル疲労特性に及ぼす双晶変形の影響
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21760567
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| Research Institution | National Institute for Materials Science |
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Principal Investigator |
小野 嘉則 独立行政法人物質・材料研究機構, 材料信頼性センター, 主任研究員 (90354240)
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| Keywords | チタン合金 / 高サイクル疲労 / 破壊 / 双晶変形 / 極低温 |
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| Research Abstract |
本研究の目的は、低温用αチタン合金の疲労強度設計の最適化とその妥当性を検証するための余寿命評価法について検討することにある。研究代表者らは、これまでにTi-5%Al-2.5%SnELI合金鍛造材の引張特性と高サイクル疲労特性の室温以下での温度依存性を調査し、低温では静的強度(0.2%耐力、引張強度)は高くなるにもかかわらず、高サイクル疲労強度は低くなることを明らかにしている。疲労破壊起点部の方位解析や組織観察により、低温での高サイクル疲労強度の低下は双晶変形に起因していることが示唆された。
本年度は、低温での主たる疲労損傷である変形双晶の形成からき裂発生過程と寿命(サイクル数)の対応を把握するために、途中で疲労試験を止めた試験片をもとに組織観察を行った。その結果、繰り返し試験のごく初期の段階(破断寿命の数%程度)において、すでに変形双晶が形成されていることが確認された。また、破断寿命の30%程度の繰り返し数において、一つの結晶粒を貫通し、隣接する結晶粒への成長が見られるStageIの疲労き裂が発生していることも確認された。また、損傷を検出するための最適疲労試験条件についても検討を行った。まずは、比較的大きな疲労損傷を想定し、低温(77K)引張試験で塑性ひずみ約0.5%を付与して変形双晶を導入した後、77Kと室温にて荷重制御での疲労試験を行った。その結果、77Kの疲労試験では、無ひずみ試験片の破断寿命の40～50%の寿命で破断した。一方、室温では、無ひずみ試験片の数%の寿命で破断した。この結果より、低温での損傷(変形双晶)は、低温よりも室温での試験の方が、検出しやすいことが示唆された。
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