界面接合部の強度評価に関する研究

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本研究では降伏を生じる前に破断する拡散接合継手の強度を評価するのに必要な試験片寸法を明らかにすることを目的としている. 平板に発生する残留応力分布は相似な試験片では相似になることを平面応力, 平面ひずみ状態で証明した. また, 試験片の幅が長さより大きいときは長さが, 長さが幅より大きいときは幅が残留応力分布を支配する寸法の主因子になることを平面応力, 平面ひずみ状態で境界要素法を用いて証明した. この事実より, 直径dの丸棒試験片の長さhがdの2倍以上である試料A,Bを拡散接合して引張試験片を製作すれば, 接合界面に生じる残留応力分布は相似分布になる.計算により明らかになった事柄を実験により検討した. 拡散接合に用いる材料として, a)異材の界面接合部に欠陥が生じない材料の組合せであること, b)接合による残留応力が大きくなるように線膨張係数の差が大きく異なる材料であること, c)接合継手強度が母材の降伏強度よりも小さく残留応力が引張強度に及ぼす影響が消滅し難い材料であることを満足するTi合金とリン青銅を選択した. 拡散接合条件は真空度5X10^<-5>Torr, 接合温度1173Kである. 引張試験はインストロン試験機で毎分1.0mmのクロスヘッドスピードで行った. 本実験では接合界面に欠陥が存在しないこと, および引張強度が母材の降伏強度より小さいことが重要となる. 欠陥の有無を引張破断後の接合界面を走査型電子顕微鏡による観察で判定した. 破面にはチタンおよびリン青銅の両側にテアリッジが認められ, 引張試験により分離した事が分かる. 引張強度は母材の降伏強度137MPa(Cu),319MPa(Ti)よりも小さく, 降伏は生じていなかった. d=10,20mmの試験片の引張強度に差がなく, 計算で予想されたように寸法効果がないことが示された.