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本研究では、材料表面においてナノメータレベルで変位計測が可能な白色干渉計測技術を用いることで、これまで明らかにされていない階層的組織を有する材料のき裂伝播過程を直接計測し、その伝播メカニズムの解明を目指している。平成27年度には、局所的なき裂伝播メカニズムが知られていない材料として、階層的な組織を有するラスマルテンサイト組織鋼を用いて、疲労き裂伝播メカニズムの検討を行った。
供試材として焼き入れにより全面マルテンサイト組織としたFe-0.24 mass% C鋼を用いた。この供試材より、集束イオンビーム加工機及びレーザー加工機を用いて、幅1.2 mm、厚さ約50μmの微小CT試験片を作製した。この際、EBSD解析により結晶方位を同定し、切欠き先端におけるブロックの晶癖面が切欠き面に平行、約45°及び90°の角度をもつように切り出した。ここでは、それぞれP、I及びN試験片と称する。疲労試験は、室温、大気中にて応力比0.1、繰返し速度1Hzで行った。
疲労き裂伝播抵抗は、N試験片で最も高く、P試験片で最も低くなった。P試験片では、き裂は晶癖面と平行に伝播していた。また、破面観察を行った結果、き裂はき裂先端部における交互のせん断（alternating shear）によって伝播していた。I試験片のき裂先端では、晶癖面に平行なすべりが優先的に活動しており、そのため、き裂はmode I方向から偏向して伝播した。N試験片では晶癖面内すべりが活動し、それに伴うき裂分岐がみられ、これによりき裂伝播抵抗が最も高くなったものと考えられる。このように、ラスマルテンサイト組織の疲労き裂伝播抵抗は、ラス方位に大きく依存しており、この結果は、疲労き裂伝播抵抗に優れるマルテンサイト鋼の開発に大きく寄与するものである。
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