| 研究概要 |
超硬合金は, セラミックスなどの焼結材料は, 巨視的には均質材であるが, 微視的には一種の複合材料であり, 変形・破壊挙動はこの複合性に支配されている面が多い. 本研究では, 焼結材料としてWC-Co系超硬合金を用いて, 変形・破壊挙動に関する実験および焼結材料の複合性に着目した力学モデルの開発と変形・破壊挙動の解析を行った.
実験においては, Co体積率, WC粒寸法の異なる数種のWC-Co系超硬合金について, 引張試験, 圧縮試験, 疲労試験および破面の走査電子顕微鏡(SEM)観察, エネルギー分散X線(EDX)分析を行い, 破壊機構, 破面形態に及ぼすCo体積率, WD粒寸法の影響を明らかにした. 実験により得られた微視組織, 破面観察の結果に基づいて, 微視組織(複合性)を反映し, かつ破壊形態と矛盾のない二相焼結材料の力学モデルを開発した. この力学モデルは, 巨視的応用力-ひずみ関係だけでなく, 各相に生ずる微視的応力・ひずみも予測できるものである. この力学モデルに基づいて, WC-Co系超硬合金の弾性係数および単軸引張負荷特性を解析し, 種々のCo体積率の超硬合金に対する実験結果と良く一致することを示すとともに, 微視的応力・ひずみの観点より, WC-Co系超硬合金の静的破壊強度特性について考察を行った. また, 本力学モデルを有限要素法に導入し, WC-Co系超硬合金におけるき裂先端近傍の巨視的応力・ひずみ場および微視的応力・ひずみ場の解析を行った. その解析結果に基づいて, WC-Co系超硬合金におけるき裂からの破壊発生機構について考察した.
本研究における手法は, WC-Co系超硬合金などの二相焼結材料だけでなく, 今後期発展が期待される粒子分散型複合材料の変形・破壊挙動の解明にも容易に適用可能である.
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