A ‑ A断面図
図4‑2 実 験 装 置 つ 山
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初品デンドライトアームの細かい試料(No.F3‑4)に曲げ荷重を加えた場合
の破壊の経路 X50x3/5
(CE 3.13，デンドライト2次アームスペーシング80μm，黒鉛片長さ47μm) ((a)は破断後の状態， (b)は負荷前の組織写真に(a)の破墳の経路を記入
したもの，白丸は破墳が初品内部を進行した部分を示す) 図4‑4
幽
初晶デンドライトアームの粗い試料(No.F3‑1)に曲げ荷重を加えた場合
の破墳の経路 x50x3/5
(CE 3.13，デンドライト2次アームスペーシング196μm.黒鉛片長さ45μm) ((a)は破断後の状態，(b)は負荷前の組織写真に(a)の破墳の経路を
記入したもの，白丸は破壊が初品内部を進行した部分を示す) 図4‑3
の 共 晶 状 黒 鉛 鋳 鉄 の 破 壊 も 、 片 状 黒 鉛 鋳 鉄 の 場 合 と 同 様 、 主 に 黒 鉛 片 内 部 や 黒 引 張 荷 重 を 加 え た 場 合 の 破 壊 の 経 路
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鉛片に沿って進行したが、初晶デンドライトのアームを微細化させるにつれて、
図4‑5および図4‑6に、引張荷重を加えた場合の破壊過程例を示す。 a図
初晶内部を通る頻度が多いことを確認した。
は破断後の状態、 b図は負荷前の組織写真にa図 を 基 に し て 破 壊 の 経 路 を 記 入 し
図4‑7に、破壊が初晶デンドライトアームを進行する際の初晶付近の顕微鏡 た も の で あ る が 、 先 の 曲 げ 破 壊 の 場 合 と 同 様 、 破 壊 が デ ン ド ラ イ ト ア ー ム を 切
写真 を 示 し た が 、 初 晶 の デ ン ド ラ イ ト ア ー ム を は さ ん だ 両 側 の 共 品 部 で は す で 断すなわち初晶内部を進行する頻度はアームの細かいもの(図
4 ‑ 6 )
の方が多いに黒 鉛 片 を 通 っ て 破 壊 が 進 行 し て い る が 、 中 央 の 初 品 部 は 破 断 せ ず に 多 く の す ことを認めた。
このことは初晶デンド べり線を生じ、かなり歪(ひず)んでいることがわかる。
低CE値 共 晶 状 黒 鉛 鋳 鉄 に お け る 破 壊 の 特 徴 c)
ラ イ ト が 黒 鉛 の 存 在 す る 共 品 部 と 比 較 し て 、 外 力 に 対 し て 大 き な 抵 抗 体 と な っ 一般 に 片 状 黒 鉛 鋳 鉄 の 破 壊 は 曲 げ お よ び 引 張 り い ず れ の 場 合 も 黒 鉛 片 内 部 ま
ていることを意味している。
た は 黒 鉛 と 基 地 と の 境 界 に 亀 裂 を 発 生 し 、 黒 鉛 片 に 沿 っ て 進 行 す る こ と が 認 め
られている84)86)87)。本 実 験 の よ う な 初 晶 晶 出 量 の 多 い 低
CE
値(CE3 . 0 ‑ ‑ 3 . 3 )
こ こ で 本 実 験 に 用 い た 試 料 の 初 品 部 と 共 品 部 の 強 度 を 比 較 し て み よ う 。 初 晶‑65‑
‑64‑
ミ
図4‑5 初品デンドライトアームの粗L、試料(No.F3‑1)に引張荷重を加えた場合 の破壊の経路 x 50 x 3/5
(CE 3.13，デンドライト2次アームスペーシング196μm，黒鉛片長さ45μm)
( (a)は破断後の状態， (b)は負荷前の組織写真に(a)の破墳の経路を記入 したもの，白丸は破墳が初品内部を進行した部分を示す)
図4‑6 初晶デンドライトアームの細かい試料(N.oF3‑4)に引張荷重を加えた場合
の破壊の経路 x50x3/5
(CE 3.13.デンドライト2次アームスペーシング80μm，黒鉛片長さ47μm)
((a)は破断後の状態， (b)は負荷前の組織写真に(a)の破壊の経路を記入 したもの，白丸は破墳が初品内部を進行した部分を示す)
‑66‑
図4‑7破壊の進行過程で初晶デンドライトに生じたひずみ
部 は パ ー ラ イ ト 組 織 な の で 、 引 張 強 さ は
8 0 ‑ ‑ ‑ 9 0 k g f / mm
2だ が89)、 微 細 な 黒 鉛 片が存在する共晶部は17‑‑18kgf/mm
2であり(この値は第3
章 の 図3‑8
で、図 中の曲線を初品面積率0%すなわち共晶組織のみの場合まで外挿して求めた)、初 品 部 は 共 晶 部 の 数 倍 の 強 度 を 持 っ と 考 え ら れ るO このことから初品デンドライト ア ー ム が 微 細 化 し て も 、 破 壊 が 初 晶 デ ン ド ラ イ ト ア ー ム を 切 断 す な わ ち 初 品 内 部 を 進 行 す る 確 率 が 高 く な る と 、 抵 抗 が 大 き く な り 、 そ の 結 果 、 鋳 鉄 の 強 度 は上昇すると判断した。
そこで、破断後の試料検鏡面で、破壊の経路(以下、破断線と記す)の全長に 対 す る 初 晶 デ ン ド ラ イ ト ア ー ム を 切 断 し た 部 分 の 長 さ の 総 和 と そ の 比 率 を 実 測
してみた。
測 定 は 図4‑8に 示 す よ う に 、 負 荷 前 の 組 織 写 真 に 破 断 線 を 記 入 し 、 そ の 全 長 をL(図中、 ABC"'A'各点、を通る線の全長)、破断線に占める初品部の長さの総 和をELPi(図中、 BC、DE、FG、 の各線分長さの総和)とし、次式より破断 線 に 占 め る 初 品 部 の 比 率
(D
p%)を算出した。‑67ー
曲げおよび引張荷重を加えたねずみ鋳鉄試料の破断線の全長 (L) 表4‑2
初品デン
a
1I げ {可 重 号￨ 張 荷 重 ドライト 破断線 破断線に占める初品部 破断線 破断線に占める初品部 試 料 CE前 2次アームスペー の全長 長さ全長に対する比率の全長 長さ全長に対する比ヰ:
t Ln;) I n (Dp) (tLDi)1 n (Dp) No. (C+Sν3 シング (L) (i~lLp)
I
t (L)(DAS) = 1 ̲. I EL 1.l Pl z n
Pi lLP1
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X100， % 210 4.4 0.50 11.4 3.0 0.34 11.3 2 180 4.5 0.54 12.0 3.1 0.53 17.1 F1‑ 3.00106 0.88 20.1 2.9 1.03
3 4.4 35.5
4 92 4.6 0.91 19.8 2.9 1.08 37.2 205 4.9 0.50 10.2 3.1 0.34 11.0 F2‑2 3.05 100 4.8 0.96 20.0 3.0 1.04 34.7
3 90 4.7 1.02 21.7 3.2 1.13 35.3 195 5.4 0.30 5.6 2.8 0.30 10.7 2 151 5.3 0.63 11.9 2.5 0.50 20.0 F3‑ 3.13
3 94 5.0 1.05 21.0 2.6 0.78 30.0 4 80 5.1 1.34 26.3 2.7 0.95 35.2 l 180 4.8 0.30 6.3 2.8 0.30 10.7 F4‑2 3.23 108 4.6 0.55 12.0 2.7 0.66 24.4 3 79 4.7 1.00 21.3 2.6 0.77 29.6
と破断線に占める初品部の長さ (IFlLPI)およびその比率 (Dp) n
Dp(%) =
(L
LpJL) X 100( 4
・1) 測 定 結 果 を 表4‑2
に示したが、同一ペ ー シ ン グ の 異 な る 試 料 に つ い て 比 較 す る と 、 曲 げ お よ び 引 張 荷 重 の い ず れ の場合も、破断線の全長Lはほとんどー 定 で あ る が 、 破 断 線 に 占 め る 初 晶 部 の
n
長 さ の 総 和
L
Lpi は2次アームスペーシ ン グ の 減 少 す な わ ち デ ン ド ラ イ ト ア ーCE
値 で 初 晶 デ ン ド ラ イ ト2
次 ア ー ム ス破墳の経路(破断線)に占める 初品部の比率の測定説明図 図4‑8
ム が 細 か く な る と 大 き く な り 、 比 率Dp
は高い値を示した。
図
4‑9
に、引張荷重を加えた試料のnH
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(D
p%)と引張強さ(σkgf/mm2)と の 関 係 を 示 しこ の 関 係 を 最 小 二 乗 法 に よ り 求 め る た が 、 両 者 の 聞 に は 直 線 関 係 が 認 め ら れ 、
と、次式で示すことができた。
(4
・
2) Dp = 3.706σ‑63.906き わ め て 高 い 相 関 が あ る こ と を 認 め
(4・2)式 の 相 関 係 数rは0.989であり、
fこ。
また、 (4・2)式 よ り 次 式 が 得 ら れ 、 比 率Dpに 比 例 し て 引 張 強 さ が 上 昇 す る こ
30 28 18
とが明らかになった。
22 24 26 引張強さ(σ)• kgf!m m2
引張荷重を加えたねずみ銑鉄試料の破断線に占める初品却の比率と 引張強さとの関係(黒鉛形態 :D型.黒鉛片長さ:44.‑...48μm. 基地組織:パーライト)
20
図4‑9 (4
・
3)σ= 0.270Dp
+ 1 7 . 2 4 4
QJ
pb
‑68‑
4. 1. 3. 2 破断面の走査電子顕微鏡による観察結果
前項では、破壊の経路を詳細に検討したが、ここでは破断した試料の断面を 走査電子顕微鏡により観察した結果を述べるO
図4‑10は初品デンドライトアームの細かい試料の引張破断面の走査電子顕 微鏡による組織例であるが、図で明らかなように、破面は黒鉛内部、黒鉛と基 地との境界部および基地部の3つに分類される。このことは、中江ら90)91)のね ずみ鋳鉄の破断面の観察結果とも良く一致しているO
このような観察写真で破断面の中の基地部の占める面積とその全体に対する 比率を求めた。測定は倍率
5 0 0
倍で2 0
視野撮影し、個々の視野に占める基地部 の面積とその視野に対する比率を求め、この平均値を破断面に占める基地面積 の比率とした。次 60
前「
~ 50
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将
時 30
兎 4召