Elucidation of Fatigue Crack Propagation Mechanism and Fatigue Strengthening Design of Martensitic Steels by Micromechanical Testing

点击翻译按钮获取中文摘要

2022年度においては、当初の計画に示したように、パケット境界、旧オーステナイト粒界における疲労き裂伝播挙動の解明を行った。試料には昨年度と同様に低炭素鋼を全面ラスマルテンサイト組織としたものを用いた。試料をマイクロ試験片が採取できる50μm程度まで研磨し、電子線後方散乱回折(EBSD)法により組織観察を行い、試験片採取位置を選択後、微細レーザ加工機及び集束イオンビーム(FIB)加工機を用いて、微小CT試験片を作製した。2022年度においては、最初にパケット境界部をき裂が伝播する際のき裂伝播過程を検討するため、き裂の面とその伝播方向が、パケット境界と平行になるようにマイクロCT試験片を選択的に採取した。疲労試験は本研究の初年度に開発した微小疲労試験機を用い、応力比0.1、繰返し速度1 Hz、室温・大気中で行った。その結果、疲労き裂伝播速度は、パケット境界を挟んだブロックの方位に依存して異なった。その原因としては、き裂先端での晶癖面内すべと面外すべりの活動の状況の違いによるものと考えられる。すなわち、き裂先端において晶癖面内すべりが活動しやすいブロックと晶癖面外すべりが活動しやすいブロックがどのように配向しているかによって、すべりの非対称性が生じ、そのことがき裂伝播速度を支配していると推察された。このことを確認するために、き裂先端におけるマルテンサイトのブロック構造を模擬したモデルを構築し、結晶塑性有限要素法(CPFEM)によるシミュレーションを行った。得られた結果は上記の仮定を支持するものとなった。また、旧オーステナイト境界に沿ってき裂が伝播する場合にも同様の傾向が認められたが、試験片の作製が困難であり、十分な数の試験片を準備できなかったため、さらに検討が必要である。上記の結果は、疲労き裂伝播抵抗に優れるマルテンサイト組織鋼の開発において重要なキーポイントとなる。