疲労機構解明のための疲労き裂先端の塑性変形の実時間測定

实时测量疲劳裂纹尖端的塑性变形以阐明疲劳机制

基本信息

批准号：
06452326
负责人：
肥後矢吉
金额：
$ 4.99万
依托单位：
Tokyo Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for General Scientific Research (B)
财政年份：
1994
资助国家：
日本
起止时间：
1994 至无数据
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-06452326/
关键词：
疲労き裂伝播機構塑性変形不動態皮膜分極電流原波形解析

项目摘要

材料の開発は高強度材料から高信頼性材料へと移行している。ここで問題となっているのは、繰り返し荷重あるいは温度変化に伴う材料の疲労劣化と破壊である。特に疲労き裂に関しては、その伝播機構が未だ充分に解明されていない。この原因は、疲労き裂先端の極微小な領域で生じる塑性変形が材料表面でしか測定できない点にある。本研究は、き裂内部の極微小な領域で生じる塑性変形を直接観察する方法を開発し、疲労き裂の伝播機構を考察することを目的として行われた。溶液中、定電位で不動態化している金属に塑性変形を与えると、不動態皮膜に覆われていない金属の面が生成し、この面は急速に不動態化し、分極電流が観察される。本研究では、音響学で用いられる原波形解析の手法を応用した波形解析ソフトウェアを作製し、観察される分極電流を解析した。これにより、従来測定できなかったき裂先端で起きる微小な塑性変形の量を実時間で定量化することが可能となった。この手法を用いて、純チタンで疲労き裂伝播試験を行い、負荷荷重の変化に伴って起きる塑性変形量の変化を測定し、従来より提案されている疲労き裂伝播機構のモデルと比較した。従来のモデルのうち最も有力視されているものの一つにき裂先端でふたつのすべり系が交互に働くモデルがある。しかし、このモデルによって予想されるき裂開口量に対する塑性変形量の変化と、今回実際に測定された塑性変形量の変化とは異なっていることが明らかとなった。このことより、き裂先端でふたつのすべり系が交互に働くだけではなく、別の塑性変形がき裂先端付近で起きていることが見いだされた。このことは、従来提案されている疲労き裂伝播モデルでは定量的に示されておらず、疲労き裂伝播モデルに新たな方向を示すものである。

材料开发已从高强度转变为高可靠性材料。这里的问题是由于反复的负载或温度变化而导致材料的疲劳恶化和破坏。特别是，疲劳裂纹的传播机制尚未完全理解。这样做的原因是，在疲劳裂纹的极小区域中发生的塑性变形只能在材料表面上测量。进行这项研究的目的是开发一种直接观察塑性变形的方法，该方法发生在裂纹内部极小的区域，并考虑疲劳裂纹传播的机理。当将塑性变形施加到溶液中恒定电势下钝化的金属时，形成了不被钝化膜覆盖的金属表面，并且该表面迅速被钝化，并观察到极化电流。在这项研究中，我们制造了应用声学中使用的原始波形分析方法的波形分析软件，并分析了观察到的极化电流。这使得可以实时量化裂缝尖端上发生的小塑料变形的量，而过去无法测量。使用此技术，对纯钛进行了疲劳裂纹的传播测试，并测量了随着疲劳裂纹繁殖机制的常规模型而进行的塑性变形量的变化。过去最有前途的模型之一是一个模型，其中两个滑动系统在裂缝尖端交替。但是，已经揭示了与该模型预测的裂纹开口量相比，塑性变形量的变化与这次塑性变形量的变化不同。这表明不仅在裂纹尖端上交替出现两个滑动系统，而且还会在裂纹尖端附近发生另一种塑性变形。这在先前提出的疲劳裂纹繁殖模型中没有定量显示，并指示了疲劳裂纹传播模型的新方向。