『司司
6. 2 使用材料， 試験片お よび実験方法
使用材料は， 真空溶製した極低炭素Alキルド鋼 の鍛造丸棒(直径1 2 mm， 長さ 1. 5m) ， 時刻j硬化A 1合金丸棒(直径22mm， 長さ4m)およびS20 C圧延丸棒(直径
22mm， 長さ5m)である. 表6.1に化学成分を示す. この素材に所定の熱処理を行 って から試験片を製作した. 極低炭素A 1キルド鋼の場合結品粒を2通りに調整 している. 完全焼なましした粗粒のものを0材， オーステナイト域の温度から 急冷し， 急激なフェ ライト変態を行わせることで比較的小さ な結品粒iこしたも のをQ材と する. 表6. 2に熱処理条件と 熱処理後の機械的性質を示す. 図6.4に 0材およびQ材の組織写真を示す. 0材およびQ材の平均結品粒径は， 約400μ mおよび80μm， A 1合金およびS20C焼なまし材の平均結晶粒径は， 約100μ mおよ
び25μ mである.
図6. 5に試験片の形状を示す. 平滑試験片の試験部分は100Rの鼓形である. LC 力集中係数は小さく無視できる. 小穴試験片は， 平行部中央に直径O.4 mm， 泌さ O. 2mmの小穴があけてある. 穴の形状は図6.1， 6.2の解析結果を基に決定したも のである. A 1合金試験片の場合， 機械加工後 エメリー紙で# 1500まで仕上げ，
その後更に電解研摩によって試験片表面を10μ m程度除去して実験に供した. 極 低炭素Alキルド鋼， およびS2 0 Cの試験片の場合はエメリー仕上げ を行った後60
Oocで 1時間真空中で応力除去焼なまし を行い， その後同様に電解研摩を行っ た. 電解研摩を行ったのは加工層を取り除き， かっ表面の観察を容易にするた めである. 電解研摩液はA 1合金に対して， りん酸2000ccに硫酸20ccを加えたも の， および極低炭素Alキルド鋼， S 20 Cに対しては， りん酸2000ccにしゅう酸40 g， ゼラチン40g， 蒸留水1000ccを加えたものを用いた.
使用した試験機は小野式小型回転曲げ疲労試験機(容量15N. m， 3000rpm)で ある. 疲労限度は4. 9MPa (0. 5kgf/mm2)の応力レベルで決定した(極低炭素A 1 牛ルド鋼については 5MPaとした). 2皮労過程の連続観察およびき裂長さの測定 は， 所定の繰返し数ごとに試験機を止めてレプリカを採取し， これに金を蒸着 させたものについて光学顕微鏡に より行った. このとき レプリカを小穴の中ま
で進入させる事に よって穴の側面の観察も可能になる.
すべり帯とき裂の判別については以下のような実験を行った. 電解研摩後更 に軽くパフ研摩を施した試験片を供試材とし所定の繰返し 応プJをJJ日えた後， 試 験機から試験片を取り外し， 光学顕微鏡にて表面観察を行う. その後す べり，帯 の凹凸をパフ研摩で平lこし光学顕微鏡ではすべり帯がほとんど観察され ない よ
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『司司，
うにしてから試験片を再び試験機に取り付け， 疲労試験と同じ引張り応力を静 的に加えた状態でレプリカを採取しき裂の有無を確認する. この操作をき裂が 発生するまで繰返した. パフ研摩にはアルミナ微粉を使用し， 一回の研摩量は 平坦な部分では1μm程度のごくわずかなものである.
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『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. 4Al alloy
535 t， lhr， W. Q. びO. 2 σn (J・1・ ゆ(先) 180 t， 7.5hr， Temperd 250I
309 478 53.8σsl : 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)
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