| 研究概要 |
近年,Ti合金において,10^7〜10^8を越える超高サイクル域でも疲労限度が現れず,材料内部から破壊する挙動が知られつつある.しかし,内部破壊が長寿命となる理由や,内部破壊と表面破壊の疲労機構の差はほとんど明らかにされていない.本研究では材料内部の大気に曝されない環境に着目し,Ti-6Al-4V微小欠陥材の高真空中疲労試験を行った.そして大気中/真空中/材料内部における初期き裂進展形態を比較し,内部疲労破壊機構における環境の効果を推測した.始めに実験精度の向上と微小き裂の挙動を計測可能とするために試験機のデジタル制御化と真空機器の改造を行なった.次に微小欠陥材の疲労試験を大気/高真空下で行い,初期き裂進展・停留特性や,初期破面に及ぼす環境の影響を調べた.得られた主な結果を以下に示す.
1.高真空中での疲労寿命は大気中より大きく増加した.
2.大気中でのき裂進展の下限界はき裂の発生によって決まるが,高真空中ではき裂の停留によって決まる.後者は内部破壊の疲労限度の支配要因と一致する.
3.高真空中でのstage2aからstage2bへの遷移応力拡大係数は,大気中に比べて低下した.これは高真空中でき裂先端の降伏強さが低下し,塑性変形領域が増大するとの考えで説明できる.高真空中での疲労寿命の増加は,き裂面に吸着する気体分子量の低下が,き裂先端の塑性変形やき裂面の再結合を促したためと考えられる.
4.内部破壊が長寿命となることは,表面破壊の寿命が高真空中で延びる傾向と一致する.しかし高真空の寿命は内部破壊の寿命よりさらに増大するという差があった.内部破壊の初期破面は大気中より高真空中に似ていたが,細部では異なる部分があった.材料内部環境は大気よりも真空に近いが,真空度はさほど高くなく,疲労き裂進展に影響を与えるき裂新生面への気体分子の吸着量は,高真空より材料内部の方が大きいと予想される.
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