原子間力顕微鏡下その場観察とSSDA法画像処理によるナノスケールひずみ計測

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原子間力顕微鏡(AFM)の観察ステージ上に設置が可能な,小型平面曲げ疲労試験機を用い、α黄銅の疲労き裂進展試験を行った.この時試験片には,収束イオンビーム装置によって微細な予き裂を導入している.予き裂から進展する疲労き裂先端近傍をAFMにより,連続的にその場観察した.その結果,α黄銅の結晶粒内には多くのすべり線が観察された.き裂はこれらのすべり線の影響を強く受けながら進展する.特に低進展速度域においては,結晶粒内で荷重軸に対して結晶方位学的に最も作動しやすいすべり系に沿ってき裂は進展する.しかし一方向のすべりが作動し続けることにより,そのすべり系上で繰返しひずみ硬化が生じるため,き裂進展は停留する.また繰返しひずみ硬化によって,最も作動しやすかったすべり系に比べて,他のすべり系が相対的に作動しやすくなり,停留したき裂はそのようなすべり変形によって分岐・屈曲することが判明した.また,一方向性3%ケイ素鋼板を用いて,比較的高進展速度域における疲労き裂進展試験を行った.この時疲労き裂先端近傍をAFM観察するとともに,SSDA法画像処理によりき裂先端近傍の変位場計測を行った.その結果,き裂先端近傍すべり変形の変形量をナノからマイクロメータ単位で定量的に解析することが可能となった.画像処理により測定される実際のすべり変形量と,観察されるすべり線間隔などの情報から,モードI型の疲労き裂進展およびき裂開閉口挙動のモデルを提案した.