ど:;-

『司.r

Extra low-carbon steel

S20C Al alloy

Material

表6. 1 化学成分 何時)

C Si Mn P S Ni

. 0014 O. 01 0.11 .003 .0002

C Si Mn P S Ni

O. 19 O. 24 O. 45 .012 O. 016 0.07

Cu Si Mn Fe Mg Zn

O. 27 O. 7 O. 02 O. 44 O. 9 0.05

表6.

2

熱処理および機械的性質

Cr

Cr O. 15

Cr 0.08

Cu Fc Bal.

Cu Fe 0.10 Bal.

Ti Al 0.02 Bal.

I1eat treatment Mechanical properties

15β

S t ^{e e} 1

920 t，lhr，Quenched σs ^I σR ゆ(先) ゆ(児)

920 t，1hr，Annealed 86 234 43. 5 94.3

S ^{t e e} 1

920 t，lhr，Quenched σ日l σn

ゆ

_{(先) ゆ(先)}

600 t，1hr，Annealed 167 308 40. 1 89. 4

S 20C

880 t，1hr，Annealed σs ^I (J ⁿ Uï・ ゆ(先) 272 456 890 62. 4

Al alloy

535 t， lhr， W. Q. びO. 2 σn (J・1・ ゆ(先) 180 t， 7.5hr， Temperd 250

I

309 478 53.8

σsl : Lower yield stress (MPa)

σ日 : Tensile strength (MPa)

σO. 2 : 0.2先 proof stress (MPa)

ゆ :

Elongation (先)

Steel 0

σT : True fracture stress (MPa) ゆ : Reduct ion of area (児)

，J，，，---，，:‘ 、・/

---.r

(a)ヌv滑試験片

。J O

Defail of hole

(b)小穴試験片

|玄I

6. 5

試験片の形状

153

�

6. 3 実験結果および考察

6. 3. 1 極低炭素AI牛ルド鋼平滑材の疲労き裂発生過程

図6. 6に， 0材平滑部の疲労き裂発生過程を連続的に観察した試験片表面のレ プリカ写真を示す. これによれば， 破断寿命の初期CN=2X 105)から， フェラ

イト結品粒界に沿った300μm程度の長いすべり帯が観察される. その後この部 分に被害が蓄積され， き裂となるのは破断寿命の40%を越えてからである. この ことは， N=16.1Xl05において， 関口したき裂の奥まで入り込んだレプリカが，

レプリカ表面にフィルム状になって残っていることから確認できる(図中A部) . その後き裂は， 先端部分周辺に疲労被害を残しながら， 伝ぱ拡大している.

このことから， このような大きな結晶粒の場合においても， 通常の炭素鋼平滑 材と同織に， 疲労き裂は1結晶粒程度の領域を単位lこ発生する事が分かる.

154

dE州qJ N=O

' .

N=2.0x105 N=4.0x105 N=6.0x105 N=1 O.Ox1 05 N=12.0x105

A

'"

N=14.1x105 N=16.1x105 N=18.1x105 く Axial direction

_:>

N=20.0x105 N=22.0x105 N=26.1x105

図6.6 平滑材のき裂発生過程の連続レプリカ写真

〈極低炭素Alキルド鋼-0材，

^{σ a}

=125MPa， Nf=3.6xl0() ) い戸切勺

__，.r-6. 3. 2 AI合金およびS20C小穴材のS-N曲線

図6.7'こ， A 1合金およびS20C小穴材のS - N曲線を示す. 時効硬化Al合金では σ川=68.6MPa， σw2=93.1MPaであり， S 2 0 Cではσ川=147.0MPa， σι=176.4MPa

であった. (ここでσω1， σuは107回に対する疲労強度を表わすものとする.

なおσ w 1としてはき裂発生限界の応力をとった ). 一方平滑材に対してσ w 1は σ叫に等しく ， A 1合金で131.3MPa， S20Cで230.3MPaである6) ₇ )から，表6.3に 示 すようにσω1を基準にした切欠き係数 β1はそれぞれ.1.91(Al合金)および 1.57 (S20C)となる. 同一寸法形状を有する両者のβ1の違いは，き裂発生に 関係する有限な領域の寸法の差に起因するものと考えられる. すなわち炭素鋼 の場合はこの領域はある程度有限な大きさを持ち， き裂の発生はその部分の平 均的な条件に支配されるの に対し， A 1合金の場合は非常に小さい領域の局所的 な条件によって支配されるからである.

6. 3. 3 AI合金およびS20C小穴材の裂伝ぱ特性

図6.8に， A 1合金およびS20C小穴材の， σιに対する応力の比がそれぞれ

1. 47と1.25の応力を繰り返した場合についてき裂伝ぱ曲線の比較を示す. き裂 長さとしては試験片表面に沿って測った 長さをとっている. 図6. 8の横軸を， 破 断寿命を2基準とする相対繰返し数とき裂長さの関係iこ変換すれば応力レベルに 関係なく両者の き裂伝ぱ挙動の差が明白になる(図6. 9) . すなわちAl合金はS 20Cに比べてき裂の発生から初期の 伝ぱ段階で伝ぱ速度が速い傾向があり， き裂 長さが長くなると逆にS20Cに比べてき裂伝ぱ速度は遅くなる.

156

『司.

0105 106 107

Number of cycles

凶6.7

^{S -}

N巾線 300

250

o o nJ』 ω 仏 室

6150 5100

cn

...

(J)

50

157

Rotating bending

\

-i"・

_{、 司...}

... ^S20C

.... ー- OW2

=176.4

\ ー

ドキュメント内 深絞り性の優れた熱延鋼板の製造法と疲労強度に関 する研究 (ページ 36-41)