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2018 年度 実施状況報告書

非鉛はんだの非比例クリープ疲労に及ぼす元素添加の影響解明と寿命予測モデルの構築

研究課題

研究課題/領域番号 17K14562
研究機関立命館大学

研究代表者

小川 文男  立命館大学, 理工学部, 助教 (00424812)

研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2020-03-31
キーワード非鉛はんだ / クリープ / 疲労 / クリープ疲労 / ミニチュア試験
研究実績の概要

本研究では、非鉛はんだの非比例負荷における疲労試験、クリープ疲労試験を実施して多軸クリープ疲労特性を調べるとともに、これらに添加元素が及ぼす影響を明らかにする。平成30年度ははんだについて軸・ねじり試験を行うためのロードセルを作製した。アルミ合金をベースとして、はんだ試験片に1%の伸びが生じたときに、ロードセルのひずみが0.03%よりも小さくなるよう、そして感度が出来る限り高くなるように、荷重検知部の内径、外径を計算した。その結果、内径17mm、外径20mmとなった。平行部に2軸ひずみゲージを4枚貼り付けてブリッジを組むことで、ロードセルとした。このロードセルについて荷重検定を行い、負荷荷重と電圧の関係を調べた。次に、軸・ねじり試験を行うための伸び計を調整し、伸び計検定を行った。昇温の予備試験も行い、本試験を開始できる状況となった。現在、SACはんだについて疲労試験を行っているところである。平成30年度はさらに標点間の直径が3mmよりも小さい試験片について軸・ねじりの疲労試験、クリープ疲労試験を行うための試験機の基本構想の確立、設計を行った。当初は、軸荷重を負荷するためのアクチュエータにピエゾアクチューエータを用いる予定であったが、詳細検討を行った結果、ピエゾアクチュエータを軟金属であるはんだの試験に用いると全体の伸びと整合が取れなくなること(ドリフトがおきること)、ねじりに用いるステッピングモーターとの速度のバランスが悪くなることが問題となることが分かった。はんだの試験ではそれほど高ひずみ速度を必要としないため、軸荷重についても直動モータを用いることとした。ただし、引張、圧縮負荷の切り替え時にバックラッシュが生じるため、この影響をキャンセルするための機械的機構を提案した。平成31年度に試験機を完成し、実際に疲労試験、クリープ疲労試験を実施する予定である。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

非比例負荷の疲労試験、クリープ疲労試験についてはロードセル作製、荷重検定、伸び計検定を終え、試験をやっと開始したところであることから、やや遅れていると判断した。

今後の研究の推進方策

平成31年度は非比例負荷(軸・ねじり)における疲労試験、クリープ疲労試験を実施する。ニッケル、ゲルマニウム、ビスマスの添加が疲労寿命、破損のメカニズムに及ぼす影響を明らかにする。さらに、クリープ疲労試験結果から材料の時間依存性が破損寿命に及ぼす影響を解明する予定である。最終的には、疲労寿命、クリープ疲労寿命を評価するためのモデルの開発を進める予定である。

次年度使用額が生じた理由

小型疲労試験機の開発のために予算を計上していたが、試験機に用いるアクチュエータの変更、バックラッシュを抑えるための機構の提案が必要となり、開発が遅れた。平成31年度はこの試験機を完成し、実際に疲労試験、クリープ疲労試験を行う予定である。

  • 研究成果

    (9件)

すべて 2019 2018 その他

すべて 雑誌論文 (7件) (うち国際共著 2件、 査読あり 7件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (1件) (うち国際学会 1件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Influence of notch sensitivity and crack initiation site on low cycle fatigue life of notched components under multiaxial non-proportional loading2019

    • 著者名/発表者名
      Stefano Bressan, Fumio Ogawa, Takamoto Itoh, Filippo Berto
    • 雑誌名

      Fracture and Structural Integrity

      巻: 47 ページ: 126~140

    • DOI

      https://doi.org/10.3221/IGF-ESIS.47.10

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Low cycle fatigue behavior of additively manufactured Ti-6Al-4V under non-proportional and proportional loading2019

    • 著者名/発表者名
      Stefano Bressan, Fumio Ogawa, Takamoto Itoh, Filippo Berto
    • 雑誌名

      Fracture and Structural Integrity

      巻: 13 ページ: 18~25

    • DOI

      https://doi.org/10.3221/IGF-ESIS.48.03

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Fatigue life properties of stainless steels in wide ranged biaxial stress state2019

    • 著者名/発表者名
      Shunsuke Saito, Fumio Ogawa, Takamoto Itoh
    • 雑誌名

      Key Engineering Materials

      巻: 795 ページ: 60~65

    • DOI

      https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/KEM.795.60

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Thermal conductivity and tensile properties of carbon nanofiber-reinforced aluminum-matrix composites fabricated via powder metallurgy: Effects of ball-milling and extrusion conditions on microstructures and resultant composite properties2019

    • 著者名/発表者名
      Fumio Ogawa, Shuji Yamamoto, Chitoshi Masuda
    • 雑誌名

      Acta Metallurgica Sinica (English Journal)

      巻: 32 ページ: 573~584

    • DOI

      https://doi.org/10.1007/s40195-018-0811-8

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Multiaxial fatigue properties of stainless steel under seven loading paths consisting of cyclic inner pressure and push-pull loading2018

    • 著者名/発表者名
      Takahiro Morishita, Yuta Takada, Fumio Ogawa, Noritake Hiyoshi, Takamoto Itoh
    • 雑誌名

      Theoretical and Applied Fracture Mechanics

      巻: 96 ページ: 387~397

    • DOI

      https://doi.org/10.1016/j.tafmec.2018.05.015

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Effect of additional elements on the low-cycle-fatigue characteristics of Sn-1.0Ag-0.7Cu solder obtained using a miniature-sized specimen2018

    • 著者名/発表者名
      Hideyuki Kanayama, Yutaka Konishi, Fumio Ogawa, Takamoto Itoh, Masao Sakane, Mitsuo Yamashita, Hiroaki Hokazono
    • 雑誌名

      International Journal of Fatigue

      巻: 116 ページ: 180~191

    • DOI

      https://doi.org/10.1016/j.ijfatigue.2018.06.023

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Low-cycle fatigue testing using a small specimen of Sn-58Bi solder at 313 K and 353 K2018

    • 著者名/発表者名
      Fumio Ogawa, Noritake Hiyoshi, Yutaka Konishi, Takamoto Itoh
    • 雑誌名

      Journal of Electronic Materials

      巻: 48 ページ: 1777~1784

    • DOI

      https://doi.org/10.1007/s11664-018-06871-3

    • 査読あり
  • [学会発表] Evaluation of creep-fatigue properties of F82H steel by considering interaction of non-proportional loading and relaxation2018

    • 著者名/発表者名
      Yuuki Kasamuta, Fumio Ogawa, Yuuya Murakami, Takamoto Itoh, Hiroyasu Tanigawa
    • 学会等名
      6th International Conference on Advanced Steels (ICAS 2018)
    • 国際学会
  • [備考] 立命館大学研究者データベース

    • URL

      http://research-db.ritsumei.ac.jp/Profiles/118/0011772/profile.html

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公開日: 2022-12-28  

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