画像処理による介在物や微小欠陥分布の極値統計処理と材料評価システムの確立

1989 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 01550074
• 研究機関: 九州大学
• 研究代表者: 村上 敬宜 九州大学, 工学部, 教授 (10038010)
• 研究分担者: 小林 正木 九州大学, 工学部, 助手 (90037789)
• キーワード: 疲労 / 画像処理 / 介在物検査 / 微小欠陥 / 介在物投影面積 / ビッカ-ス硬さ / 疲労強度予測 / 極値統計

研究概要

金属中に含まれる介在物の評価法はJIS点算法などを含めて現在まで数多く提案されている。しかし、介在物の形状、大きさ、材質、分布などが複雑なため疲労強度と介在物の関係を統一的、定量的に明らかにすることは極めて困難であった。本研究者らは微小欠陥材の疲労強度及び介在物を起点とする疲労破壊現象などを詳細に分析した結果、疲労強度に関する限り微小欠陥と介在物は力学的に等価であることを証明し、介在物が疲労強度に及ぼす影響を定量的に評価する方法を確立した。本評価法は、材質パラメ-タのビッカ-ス強さHvと、介在物の幾何学パラメ-タとして介在物を最大主応力方向へ投影した面積の平方根√<area>を用いて疲労強度を予測する方法である。さらに、材料中に含まれる√<area>の最大値√<area_<max>>を極値統計を用いて推定することによりその下限値も予測することができる。
本研究では介在物の画像処理システムを構築することにより、多数の材料について√<area>の最大値√<area_<max>>を迅速かつ精度良く求めて疲労限度の下限値を推定するとともに、システムの威力を十分に発揮させるために介在物検査方法の標準化手引き書を作成した。
以上のようにして介在物検査画像処理システムを確立した後、実際に高速度工具鋼や圧延ロ-ル用鋼等に本システムを適用した。そして、多くの試験片について疲労限度の下限値推定法は妥当な結果を与えることを示した。
さらに、本評価法によれば製鋼法などの冶金学的見地から介在物を制御して疲労強度を向上させる際に定量的な改善が可能であり、従来困難とされてきたこの分野の定量的指針を確立できる見通しができた。

研究成果

• [文献書誌] 村上敬宜,夏目喜孝,宮川進,上村裕二郎: "最大介在物寸法の推定法とそれに基づく高速度工具鋼の疲労限度の予測" 材料. 38. 1133-1138 (1989)
• [文献書誌] Y.Murakami: "Effects of Nonmetallic Inclusions on the Fatigue Strength of Metals" Micromechanics and Inhomogeneity,The Toshio Mura,Anniversary Volume,G.J.Weng,M.Taya,H.Abe,Editors. 283-295 (1990)
• [文献書誌] 村上敬宜,上村裕二郎: "二次元的最大介在物寸法推定法の問題点の数値シミュレ-ションによる評価" 日本機械学会論文集(A編). 56. 162-167 (1990)
• [文献書誌] Y.Murakami,K.Matsuda,Y.Ohkomori,I.Kitagawa,K.Shinozuka: "Effects of Nonmetallic Inclusions and Corrosion Pits on the Fatigue Strength of a High Strength Steel" Int.Conf.on Evaluation of Materials Performance in Severe Environments(EVALMAT 89).