銅-ニオブ in situ 複合線材の疲労強度

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 13650072
• 研究機関: 岩手大学
• 研究代表者: 片桐 一宗 岩手大学, 工学部, 教授 (90029893)
• 研究分担者: 笠場 孝一 岩手大学, 工学部, 講師 (00271841)
• キーワード: 銅・ニオブ複合線材 / 疲労強度 / 疲労きれつ / 極低温 / 伸線加工率 / ニオブ体積分率 / 破面形態 / 応力-ひずみ特性

研究概要

単芯および多芯in-situ法Cu-Nb複合線材の室温および77Kにおける引張り及び片振り疲労試験を行い、以下の知見を得た。
1.室温では伸線加工率の増加に伴ないヤング率は大きく変化しないが、0.2%耐力および引張強さが上昇する。Nb重量分率の増加に伴ないヤング率は減少し、0.2%耐力および引張り強さが上昇する。77Kまでの温度の低下に伴ない、これらの傾向に変わりはないが、ヤング率は大きく変化せず、0.2%耐力および引張り強さは5〜10%上昇する。
2.室温の疲労では伸線加工率が高いほど高応力振幅域の時間強度が高いが、低応力域では加工率にかかわらずほぼ同程度となる。低応力域では、銅の加工転位組織の回復が著しいものと考えられる。77Kでは時間強度および耐久限度が室温のそれと比べて最大2倍まで上昇する。
3.Nb体積分率が高い線材ほど高応力振幅域では時間強度が高いが、低応力域では逆にNb体積分率の低いものの方が耐久限度が高い。これらは、高応力域では強度レベルの高いNbの体積分率の高い線材の方が繰り返し塑性ひずみ振幅が小さいが、低応力域においては、弾性係数の低いNbを多量に含む線材では、それが大きくなるためと考えられる。
4.疲労による破面は線材表面のCuシース内でのすべり分離ファセットやsi系の介在物が見られるき裂発生領域、繊維に垂直で巨視的に凹凸の小さいき裂定常進展領域に分類されるが、後者の形態は77Kの方がより平坦である。
5.発生した微小き裂はCu-Nb繊維内のNb繊維の抵抗により進展が阻止され、き裂先端近傍の塑性域内のNb繊維の最も弱い部分を選択して分岐や偏向を伴なって進展することが縦断面上で観察される。
6.Cu-20%Nb線材の4.2K,14Tの残留抵抗値は0.10μΩcmであり、ひずみ1.3%を加えても0.02μΩcmの増加にとどまる。

研究成果

• [文献書誌] 片桐一宗, 佐々木君幸, 伊藤巧, 笠場孝一, 正路良孝, 斎藤隆, 後藤謙次, 富士広: "in situ法Cu-Nb多芯線材の室温における疲労強度"低温工学. 38・4(印刷中). 7 (2003)
• [文献書誌] 片桐一宗, 佐藤正, 笠場孝一, 正路良孝, 佐々木君幸, 斎藤隆, 後藤謙次, 富士広: "in situ法複合Cu-Nb多芯線材の疲労強度"第79回日本材料学会フラクトグラフィ部門委員会 資料. No.432. 10 (2001)
• [文献書誌] 片桐一宗, 佐藤正, 笠場孝一, 正路良孝, 村上明, 斎藤隆, 後藤謙次, 富士広: "銅-ニオブ in situ 複合単芯線材の疲労特性"日本機械学会東北支部 第37期総会・講演会講演論文集. 021-1. 98-99 (2002)
• [文献書誌] 片桐一宗, 伊藤巧, 笠場孝一, 正路良孝, 斎藤隆, 後藤謙次, 富士広: "in situ 法Cu-Nb多芯線材の疲労強度"第26回疲労シンポジウム講演論文集. 73-76 (2002)
• [文献書誌] 伊藤巧, 片桐一宗, 笠場孝一, 正路良孝, 荒屋敷幸路, 斎藤隆, 後藤謙次, 富士広: "in situ 法Cu-Nb複合線材の極低温疲労強度"日本機械学会東北支部 第38期総会・講演会講演論文集. 031-1. 204-205 (2003)