| 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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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 研究分野 |
複合材料・物性
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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, 工学研究科, 教授 (20023228)
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| 研究分担者 |
中島 勝巳 名古屋大学, 工学研究科, 助手 (00273269)
田川 哲哉 名古屋大学, 工学研究科, 講師 (00216805)
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| 研究期間 (年度) |
1996 – 1997
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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 / 疲労強度 / 疲労き裂進展 / Fatigue strength / Rectangular element model / Particle cracking |
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| 研究概要 |
本研究で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、機械的性質が、粒子強化型複合材料の静的強度、延性、疲労強度、疲労き裂進展速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。
供試材は、In-situ反応プロセスによって作成されたTic/Ti-6Al-4V及びTiB/Ti-8AI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に母相/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。切欠きが存在し、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。
さらに同材料について疲労試験を実施し、疲労強度及び疲労き裂進展特性に及ぼす強化粒子の影響、破壊過程の観察を試みた。疲労き裂の進展においては、Tic/Tiでは粒子の割れや界面が進展を加速するのに対し、繊維状粒子であるTiBの場合は粒子架橋効果やき裂の迂回が顕著になり、き裂進展の抵抗となって比較材のTi-6Al-4V合金より優れた進展特性を示した。平滑材の疲労強度は疲労き裂の発生に支配され、繰返し荷重によって母相の繰返し軟化が起こり、強化粒子の割れを引き起こして、それ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した。疲労特性に及ぼす強化粒子の影響は粒子特性のみならず、母相の特性によっても変わりうることを示した。
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