金属基複合材料における疲労損傷の非破壊計測

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疲労の初期損傷を明かにするため、SEMに組込んだ電気油圧サーボ式疲労試験機を用いて、平滑材表面に発生する微小疲労き裂の伝ぱ特性を明かにした。粒径3μmの複合材料においては粒子リッチ領域のマトリックス部よりき裂が発生し、粒子リッチ領域からマトリックスリッチ領域にき裂伝ぱする段階で、先行き裂が発生し、強化粒子荷より架橋効果が作用することを明かにした。一方、粒径30μmの複合材料においては、複数の強化粒子の割れが疲労初期に発生し、また主き裂近傍の粒子割れによる先行き裂が認められた。き裂伝ぱは、これら先行き裂と主き裂との合体によって特徴付けられた。X線法を用いて、本複合材料のアルミニウム相および強化粒子相の応力測定を試みた。一軸負荷作用下における各相の応力は負荷応力に線形で、粒径が大きいほどSiC粒子の応力負担分が増加することを示した。また炭化ケイ素とアルミニウム合金では線膨張係数が異なるため、製造過程において残留応力が導入される。アルミニウム相ではT6処理によって主応力差(σ1-σ3)および(σ2-σ3)が-50〜-100MPa程度、またSiC相では-150〜-200MPa程度圧縮残留応力が検出され、本手法を用いて非破壊損傷評価が可能であることを示した。ついで、SCS-6/Ti-15-3複合材料を用いて疲労過程の残留応力の変化を検討した。母材の初期残留応力は150MPa程度の引張であり、応力繰り返しにともない残留応力が急激に減少することを示した。本手法を用いて、残留応力から疲労損傷の程度が推察可能であることが分かった。