金属基複合材料の疲労破壊機構の解明

金属基复合材料疲劳断裂机理的阐明

• 批准号: 04452115
• 负责人: 城野 政弘
• 金额: $ 3.52万
• 依托单位: Osaka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for General Scientific Research (B)
• 财政年份: 1992
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1992 至 1993
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-04452115/
• 关键词: 金属基複合材料; 疲労強度; 粉末冶金合金; 溶湯鍛造合金; 疲労き裂発生機構; 疲労き裂進展機構; 微小き裂; 直接観察; 寸法効果; 粉未冶金合金; 疲労; き裂発生強度; き裂進展抵抗; 画像処理; 定量解析

金属基複合材料の疲労破壊機構を解明するために、異方性が少なく、製造が容易で実用段階に達しているにもかかわらず、疲労強度データの集積や疲労特性に関する研究があまり進められていないSiC粒子強化アルミニウム基複合材料を取り上げ、平面曲げ疲労試験を行い、表面微小疲労き裂の詳細な連続観察および走査電子顕微鏡破面観察により、微小疲労き裂の発生および初期進展機構を明らかにした。溶湯鍛造法による複合材料では、比較的大きなSiC粒子が存在し疲労き裂は界面割れを起点として比較的初期に発生するため、疲労強度も低下する。それに対し粉末冶金法による複合材料では、き裂は母材とSiC粒子の界面近傍で発生するものの界面が割れることはなく、母材中のすべりにより発生することから疲労強度は母材に比較して特に低下することはない。き裂の進展は、前者の材料では小数の主き裂が成長するのに対し、後者では主としてき裂先端繰返し塑性域内に発生する微視き裂との合体により進展する結果、巨視的には荷重軸直角方向に進展するが、微視的にはジグザグを繰返し進展する。また、疲労き裂がSiC粒子にぶつかる場合、通常はSiC粒子の界面にそって進展するため、多くの微視的な屈曲をもたらしき裂進展抵抗を高める。さらに、き裂発生応力が高いため、微小き裂の進展下限界値の減少も小さいことなどを明らかにした。以上の結果、強化粒子を十分小さくし、均一に分布させた粒子分散型粉末冶金金属基複合材料は耐摩耗性のみでなく耐疲労強度材としても十分実用に耐えることがわかった。なお本研究では、走査電子顕微鏡観察画像の直接取込みと画像処理によりき裂進展長さ、き裂開口変位ならびにき裂先端近傍の変形場の定量的解析をも可能とした。さらに画像処理技術を用い、き裂発生起点となる介在物あるいは分散粒子寸法分布の計測とその極値統計解析から、実部材寸法における疲労強度推定法を提案した。

Study on the accumulation and fatigue characteristics of SiC particle reinforced metal matrix composites in order to understand the fatigue failure mechanism, reduce the anisotropy, ease of production, achieve the practical stage, improve the fatigue strength, and improve the fatigue performance of metal matrix composites Surface micro-fatigue crack detection and micro-electron microscope detection, micro-fatigue crack detection and initial development mechanism The composite material of solution forging method has relatively large SiC particles, and the initial stage of fracture and fatigue strength is low. For composite materials prepared by powder metallurgy method, the interface between base material and SiC particles is separated from each other, and the strength of base material is lower than that of SiC particles. The progress of micro-crack and micro-crack in the plastic domain results in the progress of macro-crack and Weishi app in the normal direction of load axis. In general, SiC particle interface development is the case where SiC particles are cracked, and many Weishi app buckling resistance is high. The lower limit of the progress of small cracks is reduced. As a result, the particles are very small and uniformly distributed, and the wear resistance of particle-dispersed PM metal matrix composites is very high. In this paper, we investigate the possibility of quantitative analysis of the shape field near the crack tip by electron microscopy and image processing. In this paper, the author proposes a method for estimating the fatigue strength of the image processing technology, including the calculation of the size distribution of dispersed particles, the statistical analysis of the extreme value, and the method of the size distribution of dispersed particles.

项目成果

城野 政弘: "Al-25Si粉末鍛造アルミニウム合金における表面微小疲労き裂の発生および進展挙動" 材料. 42. 176-182 (1993)

Masahiro Jono：“Al-25Si 粉末锻造铝合金表面微疲劳裂纹的引发和扩展行为”材料。 42. 176-182 (1993)

Atsushi Sugeta: "Initiation and Growth Behavior of Small Surface Fatigue Crack on Forged P/M Aluminun Alloys" Proc.Fatigue 93. 1. 1167-1172 (1993)

Atsushi Sugeta：“锻造 P/M 铝合金上小表面疲劳裂纹的萌生和扩展行为”Proc.Fatigue 93. 1. 1167-1172 (1993)

菅田 淳: "P/M A1合金の寸法効果と極値統計学に基づく疲労強度予測法" 日本機械学会関西支部機械の強度と形態研究懇話会シンポジウム論文集. 13-14 (1993)

Jun Suda：《基于P/M A1合金的尺寸效应和极值统计的疲劳强度预测方法》日本机械工程学会关西分会机械强度与形态研究会议研讨会论文集13-14（1993）。

M.Jono: "Effect of Primary Silicon Size on Fatigue Properties of Powder Forged Al-25Si-2024 Alloys" Proc.1993 Powder Metallargy World Congress. (1993)

M.Jono：“初生硅尺寸对粉末锻造 Al-25Si-2024 合金疲劳性能的影响”Proc.1993 粉末冶金世界大会。

城野 政弘: "画像処理を用いた疲労き裂進展の観察" 画像ラボ. 11. 19-22 (1993)

Masahiro Jono：“使用图像处理观察疲劳裂纹扩展”图像实验室 11. 19-22 (1993)