2010 Fiscal Year Annual Research Report
Zr基バルクアモルファス合金の疲労破壊における発光現象機構の解明
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22560090
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| Research Institution | Tokyo University of Science |
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Principal Investigator |
中曽根 祐司 東京理科大学, 工学部・第一部, 教授 (10266918)
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| Keywords | バルクアモルファス / 金属ガラス / 発光 / 疲労 / き裂進展 / せん断試験 / デジタル画像相関法 / シェアリップ |
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| Research Abstract |
本研究では、Zr基バルクアモルファス合金の疲労の基本特性および疲労き裂進展機構を調べるとともに、疲労き裂近傍や破面等の強変形部における結晶化の機構およびき裂面からの発光機構等、このバルクアモルファス合金に特有な新しい破壊挙動および破壊機構を解明することを目的とする。本年度の主な成果を項目ごとに以下にまとめる。
(1) バルクアモルファス合金の疲労の基本的特性および疲労き裂進展機構の解明
き裂がランダムに配列した原子集団の中の最弱部を選択しつつ進展するため、分岐、屈曲、停留を繰返し、試験片表面と内部で進展経路が異なる複雑なき裂進展挙動を示した。このため、き裂進展速度da/dNと応力拡大係数幅ΔKの関係、log(da/dN)-log(ΔK)線図は、破壊力学でよく知られた逆S字型曲線で表されるのではなく、試験片ごとに異なるジグザグ状の曲線を示した。また、き裂開閉口現象は応力比R≦0.15で観察されたが、R≧0.2では観察されなかった。
(2) 疲労き裂近傍や破面等の強変形部における変形誘起結晶化の解明
製造時に故意に結晶化させた素材部分のX線回折プロファイルと変形により結晶化した場合のそれとを比較した。前者の場合、アモルファス合金に特徴的に見られるハローパターンは見られず、結晶形を表す回折ピークだけが観察された。他方、後者の場合には、ハローパターンに結晶化を起したと思われる小領域部分の回折ピークが重畳していた。以上より、破面上の回折ピークは製造時の結晶化によるものではなく、き裂進展に伴う強変形によって生じた結晶化によるものと推察された。これは、荷重繰返しにより原子集団の協同的なすべりによって原子配列に規則性が生まれ、ストライエーション状模様が形成されるとともに、アモルファス相のZr2Cuへのある方位に偏った部分的な結晶化が起こったことを示唆するものと推察された。
(3) 疲労き裂面からの発光機構の解明
高速度カメラを用いて試験片の破断挙動を観察した結果、き裂の複数箇所から火花の発生が観察された。破断直前の火花の観察は再現性良く観察されたが、き裂に沿って多数箇所の発生が観察される場合や、少数箇所の発生しか観察されない場合もあった。また、火花の発生量についても多量の場合や少量しかない場合など様々で、火花の発生形態は一様ではなく、大きなばらつきが見られた。
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