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金属基複合材料の疲労破壊機構の解明

研究課題

研究課題/領域番号 04452115
研究種目

一般研究(B)

配分区分補助金
研究分野 機械材料工学
研究機関大阪大学

研究代表者

城野 政弘  大阪大学, 工学部, 教授 (20029094)

研究分担者 菅田 淳  大阪大学, 工学部, 講師 (60162913)
研究期間 (年度) 1992 – 1993
研究課題ステータス 完了 (1993年度)
配分額 *注記
5,500千円 (直接経費: 5,500千円)
1993年度: 1,900千円 (直接経費: 1,900千円)
1992年度: 3,600千円 (直接経費: 3,600千円)
キーワード金属基複合材料 / 疲労強度 / 粉末冶金合金 / 溶湯鍛造合金 / 疲労き裂発生機構 / 疲労き裂進展機構 / 微小き裂 / 直接観察 / 寸法効果 / 粉未冶金合金 / 疲労 / き裂発生強度 / き裂進展抵抗 / 画像処理 / 定量解析
研究概要

金属基複合材料の疲労破壊機構を解明するために、異方性が少なく、製造が容易で実用段階に達しているにもかかわらず、疲労強度データの集積や疲労特性に関する研究があまり進められていないSiC粒子強化アルミニウム基複合材料を取り上げ、平面曲げ疲労試験を行い、表面微小疲労き裂の詳細な連続観察および走査電子顕微鏡破面観察により、微小疲労き裂の発生および初期進展機構を明らかにした。溶湯鍛造法による複合材料では、比較的大きなSiC粒子が存在し疲労き裂は界面割れを起点として比較的初期に発生するため、疲労強度も低下する。それに対し粉末冶金法による複合材料では、き裂は母材とSiC粒子の界面近傍で発生するものの界面が割れることはなく、母材中のすべりにより発生することから疲労強度は母材に比較して特に低下することはない。き裂の進展は、前者の材料では小数の主き裂が成長するのに対し、後者では主としてき裂先端繰返し塑性域内に発生する微視き裂との合体により進展する結果、巨視的には荷重軸直角方向に進展するが、微視的にはジグザグを繰返し進展する。また、疲労き裂がSiC粒子にぶつかる場合、通常はSiC粒子の界面にそって進展するため、多くの微視的な屈曲をもたらしき裂進展抵抗を高める。さらに、き裂発生応力が高いため、微小き裂の進展下限界値の減少も小さいことなどを明らかにした。以上の結果、強化粒子を十分小さくし、均一に分布させた粒子分散型粉末冶金金属基複合材料は耐摩耗性のみでなく耐疲労強度材としても十分実用に耐えることがわかった。なお本研究では、走査電子顕微鏡観察画像の直接取込みと画像処理によりき裂進展長さ、き裂開口変位ならびにき裂先端近傍の変形場の定量的解析をも可能とした。さらに画像処理技術を用い、き裂発生起点となる介在物あるいは分散粒子寸法分布の計測とその極値統計解析から、実部材寸法における疲労強度推定法を提案した。

報告書

(3件)
  • 1993 実績報告書   研究成果報告書概要
  • 1992 実績報告書
  • 研究成果

    (12件)

すべて その他

すべて 文献書誌 (12件)

  • [文献書誌] 城野 政弘: "Al-25Si粉末鍛造アルミニウム合金における表面微小疲労き裂の発生および進展挙動" 材料. 42. 176-182 (1993)

    • 関連する報告書
      1993 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Atsushi Sugeta: "Initiation and Growth Behavior of Small Surface Fatigue Crack on Forged P/M Aluminun Alloys" Proc.Fatigue 93. 1. 1167-1172 (1993)

    • 関連する報告書
      1993 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Masahiro Jono: "Effect of Primary Silicon Size on Fatigue Properties of Powder Forged Al-25Si-2024 Alloys" Proc.1993 Powder Metallurgy World Congress. Part1. 559-562 (1993)

    • 関連する報告書
      1993 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Masahiro Jono: "Direct Observation of Fatigue Crack Growth Using a Field Emission Type Scanning Electron Microscope" Proc.Asian Pacific Conf.Fracture and Strength. 419-424 (1993)

    • 関連する報告書
      1993 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 城野 政弘: "画像処理を用いた疲労き裂進展の観察" 画像ラボ. 11. 19-22 (1993)

    • 関連する報告書
      1993 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 城野 政弘: "SiC粒子強化アルミニウム基複合材料における表面微小疲労き裂の発生および進展挙動" 日本機械学会材料力学部門講演会論文集. 930-73. 95-96 (1993)

    • 関連する報告書
      1993 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 城野 政弘: "SiC粒子強化アルミニウム基複合材料における表面微小疲労き裂の発生および進展挙動" 日本機械学会材料力学部門講演会講演論文集. 930-73. 95-96 (1993)

    • 関連する報告書
      1993 実績報告書
  • [文献書誌] Masahiro Jono: "Effect of Primary Silicon Size on Fatigue Properties of Powder Forged Al-25Si-2024 Alloys" Proc.1993 Poeder Metallurgy World Congress. Part 1. 559-562 (1993)

    • 関連する報告書
      1993 実績報告書
  • [文献書誌] 菅田 淳: "P/M A1合金の寸法効果と極値統計学に基づく疲労強度予測法" 日本機械学会関西支部機械の強度と形態研究懇話会シンポジウム論文集. 13-14 (1993)

    • 関連する報告書
      1993 実績報告書
  • [文献書誌] 菅田 淳: "画像処理を用いた疲労き裂進展挙動の走査電子顕微鏡動的直接観察" 精密工学会第4回外観検査の自動化ワークショップ講演論文集. 49-54 (1992)

    • 関連する報告書
      1992 実績報告書
  • [文献書誌] 城野 政弘: "AL-25Si粉末鍛造アルミニウム合金における表面微小疲労き裂の発生および進展挙動" 材料. 42. 176-182 (1993)

    • 関連する報告書
      1992 実績報告書
  • [文献書誌] M.Jono: "Effect of Primary Silicon Size on Fatigue Properties of Powder Forged Al-25Si-2024 Alloys" Proc.1993 Powder Metallargy World Congress. (1993)

    • 関連する報告書
      1992 実績報告書

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公開日: 1992-04-01   更新日: 2016-04-21  

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