非破壊的手法を利用した球状黒鉛鋳鉄の疲労限度予測法の確立

2018 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 16K06815
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 金属・資源生産工学
• 研究機関: 東京都市大学
• 研究代表者: 白木 尚人 東京都市大学, 工学部, 教授 (20298011)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2019-03-31
• キーワード: X線CT / 球状黒鉛鋳鉄鋳鉄 / 疲労限度 / 欠陥寸法 / 破壊起点

研究成果の概要

FCD350相当の球状黒鉛鋳鉄の大型鋳物から軸荷重疲労試験片を切り出し，全ての試験片について高分解能X線CTを用いて材料に内在する黒鉛や欠陥を検出した．黒鉛や欠陥の寸法と疲労限度推定式を用いて疲労限度の推定を行った．その結果，X線CTにより検出された体積が最大の欠陥の欠陥寸法による推定の疲労限度は，実験により求められた疲労限度125MPaに対して誤差5%の安全側であった．実験により求められた疲労限度に対して誤差11%の危険側の推定となった．これらの結果から，非破壊検査による疲労強度の推定は可能と判断される．

自由記述の分野

機械工学

研究成果の学術的意義や社会的意義

一般に鉄鋼材料の疲労限度は，引張強さの1/2又はビッカース硬さHVの1.6倍といわれているが，球状黒鉛鋳鉄の様に材料中に大きな欠陥が存在する場合，引張強さのみでは評価できない場合がある．欠陥を矩形近似し，その面積平方根を√areaとし，基地組織のビッカース硬さを考慮することで疲労限度を高い精度で推定できる推定式が提案されている．一方，鋳造品に内在する欠陥の検出は，高精度のX線CTで内在する欠陥を検出することが可能で，同様の手法で疲労限度を非破壊的に予測できる可能性をしめした．本手法は疲労試験を行うことなく球状黒鉛鋳鉄を構造材料として用いるための実用的な疲労強度評価方法となり得ることを示した．