| 研究課題/領域番号 |
08455310
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 研究機関 | 名古屋大学 |
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研究代表者 |
宮田 隆司 名古屋大学, 工学部, 教授 (20023228)
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| 研究分担者 |
中島 勝己 名古屋大学, 工学部, 助手 (00273269)
田川 哲哉 名古屋大学, 工学部, 講師 (00216805)
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| キーワード | 粒子強化形チタン基複合材料 / In-situチタン基複合材料 / 延性 / 破壊過程 / 応力三軸度 / 疲労 |
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| 研究概要 |
粒子分散強化形金属基複合材料においては、その強度を律速するのは粒子の形状、機械的性質の他、複合化反応の影響を強く受ける母相/粒子界面の剥離強度である。本年度は界面強度が強いとされるIn-situ粒子強化複合材料を中心に粒子の形状が、複合材料の静的強度、延性、疲労強度に及ぼす影響を調べた。さらに、粒子矩形要素解析モデル及び金属材料におけるボイド生成、成長、合体モデルを用い、強化粒子の形状や機械的性質が複合材料の強度、破壊挙動に及ぼす影響の定量的解析を試みた。
実験に供した材料は、In-situ反応プロセスによって作成されたTiC/Ti-6Al-4V及びTiB/8-Alで、TiC粒子が球状であり、TiB粒子は短繊維状である。両材料について、平滑及び切欠付き丸棒引張試験片を用いて、破壊過程の観察と延性に及ぼす応力三軸度の影響を調べた。平滑、切欠材ともに、最終破断に至るまでの各種変形レベルで両材料とも母相/粒子界面の剥離は観察されず、破壊は強化粒子の割れが先行し、それらが大きなボイドを形成するとともに、母相に生成されたミクロボイドを介して合体することにより生じていた。応力三軸度の高い状態では、破壊過程が破壊直前の極めて小さいひずみの範囲で急速に進行する。また、延性の低下も著しい。FEM有限要素法によって上記破壊過程のシミュレーションを行い、界面強度が大きく、強化粒子の弾性率が大きい場合には、粒子の分担する応力が大となり、粒子の割れが容易に起こることが明らかとなった。同材料についてはさらに疲労試験を予備的に実施し、疲労強度に及ぼす強化粒子の影響、破壊過程の観察を試みた。疲労の場合も強化粒子がき裂生成の起点となり、疲労強度は母相単体に比べ大幅に低下するなどの結果が得られている。
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