Title
712 鋳造Al合金AC4CHの疲労特性に及ぼす鋳造欠陥の影響(
本文(Fulltext) )
Author(s)
中村, 裕紀; 増田, 弘晃; 清水, 利弘; 中島, 正貴; 植松, 美彦
Citation
[学術講演会講演論文集] vol.[61] p.[197]-[198]
Issue Date
2012-05-25
Rights
The Society of Materials Science, Japan (公益社団法人日本材
料学会)
Version
出版社版 (publisher version) postprint
URL
http://hdl.handle.net/20.500.12099/46138
※この資料の著作権は、各資料の著者・学協会・出版社等に帰属します。
The Society of Materials Science, Japan
NII-Electronic Library Service
The Sooiety of Materials Soienoe
厂
Japan712
鋳 造
Al
合
豊
田
高 専
豊
田
高 専
岐 阜 大 学
金
AC4CH
の
疲 労特 性
に
及 ぼす 鋳 造 欠 陥
の
影 響
○ 中村
裕紀
清 水 利 弘
植 松 美 彦
豊
田
高専専攻科 増
田
弘
晃
豊
田
高
専 中
島
正
貴
Effect
of
Casting
Defects
on
Fatigue
Properties
of
a
Casting
Aluminum
Alloy
AC4CH
YUki
NAKAMURA
，H
孟roakiMASUDA
，
Toshihiro
SHIMIZU
，
Masaki
NAKAJIMA
andYoshihiko
UEMAI
「SU
1
緒 言
近 年
，
工業 分 野 に おいては，
軽 量で高 リ サ イ クル性 を有 す
る製
品 設 計が求
め られ ている．
これ に対 す
る一
つ の解 法
とし て高
い 比強度
を持
っ ア ル ミニ ウム（
Al）合
金の使 用
が挙 げ られ
る，
Al
合 金
は 切削
，
押 出
し成 形
，
鋳 造 な
ど様
々な
加工法
に適 応 可能
であ
り，
形 状
に合 わ
せ て最 適
な 加 工 法 を 選 択す
るこ とで，
製 造
工程
を減
少 さ せ，
コ ス ト削 減
が 可 能 と な る．
特 に 鋳 造 は，一
度の成 形でほ ぼ製
品
に近
い形 状 とな
るの で，
材 料
の歩 留
り が高
い とい う 長所
が あ る．
こ のよ
うな観 点
か ら，
製 造 業
にお
い て鋳 造
Al合 金
の利
用 が拡
大し て い る．
中
でも
，
AC4CH
は強 度
，
延性
，
耐食
性，
鋳 造 性 な どに優 れて い るた め代
表的
な高強 度 鋳
造Al
合 金 と して一
般 的 に 使 わ れて い る．
しかし，
鋳 物 材 料 に は鋳
造 欠 陥が 内在
す る とい う欠 点があ り，
これ ま で の研 究
か ら も鋳 造
欠陥
が破 壊
に対し て重
要な
影 響を もっ こと が 知 ら れて い る．
そこ で 本 研 究で は， 鋳 造 時 に 生 成 さ れ る 鋳 造 欠 陥の 大 き さ
や 分 布
が鋳 造
A1
合
金AC4CH
の疲
労強度
に 及 ぼ す影
響
につい て検 討
した
．
2
実 験 方 法
2．
1
材 料 お
よ び試 験 片 材 料
は鋳 造
A1
合
金AC4CH
−
T6
で あ る，AC4CH
の化
学成 分
お よ び機 械
的 性質
をTable
l
お よ び2
に そ れ ぞ れ 示す
．
納
入され
た一
つ の舟 型 鋳 物
の上部
お よ び下 部
か ら そ れ ぞ れ角 材
を切
り出
し た．
こ の角材
を砂
時計
型環 状 切
欠 き 試 験 片 に 機 械 加工 し，
その後，
切 欠 き 部 をエ メ リー
紙 で ＃1500ま
で研磨
した
のち
，
パ フ研磨 を施
した
．
以後
，
舟
形の下部
か ら採
取し た試 験 片
をType
L
（
Lower
part
）
，
上 部か ら
採
取した 試験 片
をType
U
（Upper
part
）と 呼 ぶ こと と
す
る，
Type
L
とType
U
の組 織 観 察
を行
っ た結
果 を そ れ ぞ れFig
．
1
（
a）
お よ び（
b
）
に示す
．
図
より，
欠 陥
のサ
イ ズ と数
に違
い が見
られ，
野
peL
の欠 陥
は寸 法
が小 さ く
，
数 も 少 ない こと に対
し，
Type
U
では 大 小様
々な 欠陥
が多
く存 在
し てい る 様 子 が 確 認さ
れ た，
2．
2
試 験 方 法
お よ び試 験 環 境 疲
労試 験
に は4
連 式 片
持 回 転
曲げ疲 労試 験 機
を使 用
した．
繰 返
し速 度
はノ
』53Hz
で，
試 験 環境
は 実 験 室 大 気中
であ る．
3
実
験結
果
お よ び考 察
3．
l s−
N曲線
各試 験 片
のS
−
N曲線
をFig，
4 に 示 す．
○印
はType L，
● 印
はType U のS
−
N曲線
であ
る．
両試 験
片
ともに従 来
か ら非
鉄金
属 に おい て報告
さ れてい る連
続 低
下 型のS
−
N
特 性
を示 し た．
ま た，
欠 陥
サ イズが小 さ いType
L
の疲労
寿 命は，
欠陥
サ イズ の大 きいType
U
の そ れ よ り も 長 寿 命 側 に 位 置 してい る，N
＝IO7
回の繰 返 し数
に おけ る時
間強 度
を比較
す るとType L では 128MPa ，Type
U
で はll2MPa
と なっ た，
3．
2疲 労寿 命
の分 布 特 性
Type
L
お よ びType
U
の試験
片
につ い て， （Ta＝
120MPa でそ れ ぞ れ 10 本の試 験 片
を 用 いて寿 命 分 布 を
調べた
，
両試 験 片
の疲 労 寿 命 分 布 特 性
を対 数
正規 確 率 紙
上で整
理 した 結 果 を
Fig
，
5
に 示す
．
図 よ り，
両試 験 片
の寿 命 分 布
は お お よ そ対 数
正規 分 布
に従 う
こと が わ か る．Type
L
の寿 命 分 布 は 明 ら か にType
U
と 比べ て長寿 命 側
に位
置し て い る．
ま た，
陬
peU
の寿 命
の ば らつき
は TypeL
のそ れ
と比較
し て大き
い こと が確 認
で き る．
これ は，
Type
U
の試 験 片 に は 大 小 様々 な 欠 陥 が含
ま れてい るこ と に起
因 して疲 労 寿 命
がば
らっ いた も のと推 察 され
る，
3．
3
破
面観 察
両試 験 片
の破 断 後
に認め られた典
型的
な 破面
をFig
，
6
（a）お よ び （b
）に示す
、
両
図 より，
き裂 発
生Table l Chemical compositien （mass
．
90）．
s正
71Mg039Fe006T1Ol3NI0003Cr0001Sr00042AlBa 正
Table
2
Mechanical
proper［ies
，
0，
2％Pm f 8treSS σo．
2〔MPa ） Tensilestrength σB（MPa ） Elongation δ（％）YQung
卩
smodulus 万（GPa
） VickershardneSS πv264
324
11 75 ll8 （a）Type L（
b
）TypeU
Fig．
1
Microstructures
．
一 197 一
N工 工一
Eleotronio LibraryThe Society of Materials Science, Japan
NII-Electronic Library Service
The Sooiety of Materials Soienoe
厂
Japan起 点に は鋳 造 欠 陥 が 認め られ
，
Type
L
で は鋳 造
欠陥
の サ イ ズ は 約40pm
であっ たのに 対 し，
Type
U
で は200
μm 程度
の大 き な鋳
造 欠 陥が認め ら れ た．
こ の こと か ら，
Type
U
で は材 料
内部
に分布
す る大
きな 鋳 造
欠陥
に著
し い応 力集
中 が 生じ る こ とに より疲 労
強度
が低
下した と 推 測 され る，
3．
4
極
値
統 計
に よ る最
大 欠陥
寸法 （
儡
、）
の推 定
極 値 統 計
を用
い て，
試験 片
の危 険 体積
V に含
ま れ る最
大欠 陥
寸法
の予測
を行
っ た．
破 断 試 験 片
の破
面 上の最 大
300 oo2（
訂 臼 ≧）
扈
bO ℃ ヨ喟
五 日 邸 ゜ワ的
2
あ 100 0 0 ● ● AC4CHoType L ● Type U o ● ■ ● lO4105106107IosNumber
of cycles tofailure
Nf
Fig．
2 S−
N diagram．
欠陥 寸 法
にっ いて極 値 統計
を行
っ た結
果 をFig．
7に示 す．
図 よ り，
Type
U
に含
ま れる欠陥
寸法
はType
L
に 比べ て 続 計 的 に 大 きい こと が わ か る．
ま た，
Type
U
で は，
極 端 に 大 きい鋳 造 欠 陥 が 認 め られ，
極 値 分 布の 分 布 直 線 が 折 れ曲
が るような様 相
を示す
が， こ こ で は一
一
本の直 線
で表 示 した．
ここ で
，
試験 片
に含
ま れる最
大欠 陥
寸法
を推 定 す
る に あ た り，危 険体 積
V
は 公 称 応 力 振幅
aa≧O
．
9
（るとな る部
分 と みな
して計算
し た．
ま た，基 準 体 積
Ve
は試 験 片 最
小 断 面の面積
に欠 陥 寸 法
の平均 値 を
か け た ものをVe
と し て用
いた．
そ
の結 果
，
試 験 片
1
本 あ
た り（
N
＝
1
）
で推 定 さ
れ る最
大 欠陥
寸法
は，
TYpe
L
で は羸
＝
268．
1
μm，
陬
pe
U
ではVEEE
−a．
＝10252
μm と な り，
Type
U
に お け る推 定最 大
欠陥
寸 法 はType
L
の そ れ と比べ て著 し く大き
い値
が得 られ
た．
35VE
IE
パ ラ メー
タ モデ
ル による疲 労 限度
の推 定
村
上 に よ るVEth
パ ラメー
タモデ
ル を 用い て疲労
限度
函 の推 定 を 行っ た，
こ の計算
は 欠 陥 が 自 由 表 面 上 に 存在
す る 場合
の推定
で あ る．
計 算 に は 次 式 を 用い た．
99．
9
ま
99
）
0
0
0
0
0
1
Q！
7
5
3
1智
［
驀
』 o己
。 〉驀
【
蕁
［
昌 ∪1．
43
（
HV
＋120
）
σ w＝
（
顳
）
吉
AC4CHOType L ・Type U ● ● ● ・ OO ． ・ °。 。 。 。 ● ● ● oooO0．
l
lO4105106107108109
Number
ofcycles tofailure
1
＞fFig
．
3Fatigue lifedistributions
ofType
L
andType
U
sp
imens
plotted
on alognorrnal
probability
paper
．
こ こ で
，
m
／に はビッカー
ス 硬さ
HV
」118
，
VlffiE
に はlt
記
の極 値 統 計
から推 定 さ
れ た最 大 介 在 物 寸 法
痂
を 用いた
．
得 られ た結 果
をTable
3
に 示す
．
両 試 験 片
にお け る
推 定値 （
野pe
L
で134MPa
，
Type
U
で107MPa
）と
Fig
．
4
のS−
N
曲線
上のlo7
回の繰
返 し数
に 対 す る疲
労 強度
（
Type
L で 129MPa，
野pe
U で112MPa
）
を 比較
す る と ほ ぼ一
敷
してお り，
妥 当 な推 定
ができ
てい ると判 断 さ
れ る．
（結
言
・
参考
文 献は省 略 ）
87 6書
5こ
4テ
（
、 210一
1一
2智
【
驀
』 臼 q 〉焉
E ∈δ
99．
95 承 99．
9k 99．
8 99．
598 5DO 99 99850晋
OI AC4CH 八厂＝
1 0Typ巳
L 3 Vo己
0．
091●
TypeU 3 Vo＝
O．
225」
●
0 200 400 600 800 1000 120D Square root of躑 （貼m ） 20DO 且000500』 200Bl9 °
’
畧
、。塁
lD醴
52（
a）
Type
L
（b
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