Evaluation of Very High Cycle Fatigue Reliability and Optimization of Usage for High Functional Materials

高機能性付与材料の超高サイクル疲労に現れる内部き裂発生型破壊の機構解明を行い,高信頼性・安全性を保証する疲労設計手法の確立および高強度・高硬度材料の開発を行った.高炭素クロム軸受鋼(SUJ2),高速度鋼(SKH51)および低合金鋼(SCM435,SNCM439)の回転曲げおよび軸荷重疲労試験の結果,破壊様式は表面破壊型(S型),GBF領域を形成しない内部破壊型(I型)およびGBF領域を形成する内部破壊型(IG型)の3種類に分類され,二段折れ曲がり或は二重S-N曲線が現れた.この破壊様式の遷移する応力振幅は基材に存在する介在物寸法及び試験片表面の圧縮残留応力に依存して変化し,これらを考慮した破壊様式の遷移図を提案した.破面の詳細観察を通して,GBF領域形成機構として新たに「微細炭化物の離散剥離説」を提案した.この説を基にして,GBF領域形成を抑制して内部破壊を生じない新高速度鋼を試作し疲労強度評価を行い,超高サイクル域までの全領域で表面破壊を生じ,介在物を起点とする内部破壊を生じないことを確認した.一方,展伸マグネシウム合金の超高サイクル疲労試験を行い,二段折れ曲がりS-N曲線の存在を明らかにした.これは双晶変形と結晶のすべりに起因する疲労破壊機構の変化によって現れる現象であることを明らかにした.

高機能性付与材料の超高サイクル疲労に現れる内部き裂発生型破壊の機構解明を行い,高信頼性・安全性を保証する疲労設計手法の確立および高強度・高硬度材料の開発を行った.高炭素クロム軸受鋼(SUJ2),高速度鋼(SKH51)および低合金鋼(SCM435,SNCM439)の回転曲げおよび軸荷重疲労試験の結果,破壊様式は表面破壊型(S型),GBF領域を形成しない内部破壊型(I型)およびGBF領域を形成する内部破壊型(IG型)の3種類に分類され,二段折れ曲がり或は二重S-N曲線が現れた.この破壊様式の遷移する応力振幅は基材に存在する介在物寸法及び試験片表面の圧縮残留応力に依存して変化し,これらを考慮した破壊様式の遷移図を提案した.破面の詳細観察を通して,GBF領域形成機構として新たに「微細炭化物の離散剥離説」を提案した.この説を基にして,GBF領域形成を抑制して内部破壊を生じない新高速度鋼を試作し疲労強度評価を行い,超高サイクル域までの全領域で表面破壊を生じ,介在物を起点とする内部破壊を生じないことを確認した.一方,展伸マグネシウム合金の超高サイクル疲労試験を行い,二段折れ曲がりS-N曲線の存在を明らかにした.これは双晶変形と結晶のすべりに起因する疲労破壊機構の変化によって現れる現象であることを明らかにした.