高速衝撃破壊特性とサイズ効果

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本研究においては、高速衝撃試験から得られた材料の延性-脆性遷移挙動における試験片サイズ効果について検討し、以下のような成果が得られた。1.標準サイズ(10mm角)の試験片と微小サイズ(1.5mm角)の試験片を用いて得られた延性-脆性遷移温度(DBTT)の間には、サイズ効果が存在し、微小サイズ試験片のDBTTは、標準サイズ試験片のそれに比べ、約100℃低い。種々のフェライト鋼に対してそれぞれのサイズで衝撃試験を行い、そのDBTTを比較した結果、両者の間には比例関係の存在することが明らかとなった。2.この際の比例係数は、その材料の破壊靭性値と強度に依存する試料表面での平面応力状態半径の大きさで決定することを実験的に示した。3.両試験片を用いて得られた上部棚エネルギー(USE)は、試験片の体積で規格化され、サイズ効果は存在しない。4.微小試験片を用いて得られた延性-脆性遷移曲線は、標準サイズのそれを用いて得られたものに比べその形状が異なり、いわゆる遷移領域の温度範囲が極めて小さく、DBTTを1義的に決定することが可能である。微小試験片で遷移領域の小さい理由としては、微小試験片では破壊の伝播のエネルギーが小さいことおよび破壊の伝播の素過程が熱活性化過程であるためと考えられる。以上の結果、微小サイズ試験片から標準サイズ試験片で得られる延性-脆性挙動を推測することが可能となり、標準サイズの試験片の作製が困難な金属間化合物や、照射試料に対して適用した。