極低温および高ひずみ速度下での材料の微視的変形・破壊機構に関する基礎研究

1987 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 61550058
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 岸田 敬三 大阪大学, 工学部, 教授 (00029068)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 中野 元博 大阪大学, 工学部, 助手 (40164256) ; 横山 隆 大阪大学, 工学部, 助手 (60093944) ; 片岡 俊彦 大阪大学, 工学部, 助教授 (50029328)
• Keywords: 極低温 / 高ひずみ速度 / 塑性変形 / 転位 / 双晶 / 熱活性化過程 / 破壊じん性 / 負荷速度

Research Abstract

材料の微視的変形・破壊機構を明らかにするため, 基礎的な材料の応力一ひずみ関係と破壊じん性を温度とひずみ速度の両パラメータを変えて正確に測定し, 変形組織と破面の顕微鏡観察を行った. 供試材には, 組織が単純で温度・負荷速度依存性の大きい高純度の鉄を, 微視的変形・破壊機構に基づくモデルを考察する上で好都合な材料として選んだ. 高ひずみ速度下の低温引張・破壊試験は, 新規に開発した高速負荷試験機に連続クロー型のクライオスタットを組み込んで実施した. また, 準静的負荷下の低温引張・破壊試験には, インストロン万能試験機と浸漬型クライオスタットを用いた.
純鉄の変形・破壊挙動に及ぼす温度とひずみ速度の影響を測定した結果, 低温・高ひずみ速度になる程, 降伏応力は増大し, 破壊じん性は低下する特性が詳細に分かった. また, 極低温で純鉄は降伏前に双晶が発生し, 応力一ひずみ曲線上に折れ曲がりが現れた. 双晶の発生はエッチングによる顕微鏡観察から確認され, この双晶発生応力の下限値が温度・ひずみ速度に依存せず約400MPuの一定値を示したことから, 双晶発生の微視的機構が応力誘起過程であるといえる.
降伏応力の温度・ひずみ速度依存性は, 転位運動の熱活性化過程に基づく速度パラメータで統一して説明できる. 破壊の微視的機構に関しても, 転位が重要な役割を果すものと考え, き裂先端からの転位の生成と運動のモデルを構築して, シミュレーションを行った. その結果, 破壊のプロセスゾーンにおける転位生成の熱活性化過程に基づき導出された速度パラメータにより純鉄の脆性一延性遷移に及ぼす温度と負荷速度の影響を統一して説明できることが分かった. この速度パラメータとは, 転位生成の活性化エネルギと等価な量であり, 破壊じん性と一義的な関係になることが明らかになった.