-55 C および室温での S15C 切欠き材のひずみ制御低サイクル疲労挙動

‑34  ‑

‑55

⁰

C

および室温での

S15C

切欠き材の ひずみ制御低サイクル疲労挙動

宮 野 泰 治 ・ 安 藤 正 昭 ・ 大 山 博 史 *

S t r a i n  Control Low C y c l e  F a t i g u e  Behavior o f  Carbon S t e e l  ( S 1 5 C )   with Notch a t  ‑55

⁰

C  and Room Temperature 

T a i j i  MIYANO ，  Masaaki ANDO and H i r o s h i  UHYAMA  ( 1 9 9 4

年

8

月

2 2

日受理)

F o l l o w i n g  t h e  p r e v i o u s  p a p e r  o f  l o a d  c o n t r o l  f a t i g u e  t e s t

， 

one s i d e  s i g n  c u r v e  s t r a i n   c o n t r o l  low c y c l e  f a t i g u e  t e s t  were c o n d u c t e d  on carbon s t e e l   ( S 1 5 C )  a t   ‑55.C and room  t e m p e r a t u r e .   Shape and s i z e  o f  specimen were same a s  p r e v i o u s  e x p e r i m e n t .   P l a t e  s p e c i m e n   o f  6  m m   t h i c k n e s s  had U shape n o t c h  a t  t h e  c e n t e r .  

The r e s u l t s  o b t a i n e d  a r e  summarrised a s  f o l l o w s  : 

( 1 )   F a t i g u e  l i f e  i s  i n d e p e n d e n t  o f  mean s t r a i n  which i s   u n d e r  5 0   X  10-

^3•

S t r a i n  a m p r i t u d e  i s   main f a c t o r  o f  e

旺

e c t son f a t i g u e  l i f e .  

( 2 )   E f e c t  o f  r i s i n g  f a t i g u e  I

i

f e  have t e n d e n c y  t o  i n c r e a s e  a s  s t r a i n  a m p r i t u d e  i n c r e s e  a t  low  t e m p e r a t u r e  ( ‑ 5 5 . C ) .  

( 3 )   S t r e s s  a m p r i t u d e  a t  one c y c l e  a r e  a l m o s t  c o n s t a n t  i n   f a t i g u e  p r o c e s s  e x c e p t  i n   v e r y   b e g i n i n g  o f  f a t i g u e  and i n  l a t e

r. 

Value o f  s t r a i n  a m p r i t u d e  i s  d e p e n d e n t  on s t r a i n  a m p r i t u d e

， 

i n d e p e n d e n t  o f  mean s t r a i n  and t e m p e r a t u r e .  

( 4 )   I n  f a t i g u e  p r o c e s s

， 

maximum s t r e s s  d e c r e a s e  r a p i d l y  i n  v e r y  b e g i n i n g  ( u n d e r  5% o f  

NjNf 

a t  room t e m p e r a t u r e ，  u n d e r  10% o f  

NjNf 

a t   ‑ 5 5 . C )  and i n  l a t e r  o v e r  80‑90% o f  

NjNf. 

Maximum s t r e s s  c h a n g e s  gradua

l1

y  i n  i n t e r m e d i a t e  p r o c e s s  o f  f a t i g u e .  

( 5 )   Maximum s t r e s s  o f  i n t e r m e d i a t e  i n  f a t i g u e  p r o c e s s  a t  ‑55

⁰

C  i s  g r a t e r  t h a n  t h a t  a t  room  t e m p e r a t u r e .  Maximum s t r e s s  i s  a p p r o x i m a t e l y  c o n s t a n t  w i t h o u t  e 証 e c t so f  mean s t r a i n  and  u p p e r  l i m i t  s t r a i n  a t  ‑55.C

， 

b u t  w i t h  l i t t l e  e 任 e c to f  u p p e r  l i m i t  s t r a i n  a t  room t e m p e r a t u r e .  

1 .緒 ^言

寒冷環境下で使用される機械構造用炭素鋼の強度 特性の検討の一貫として，これまでに報告1‑6)してき た一連の実験に引き続き，本報告は，

S15C

材を供試 材として，片握りのひずみ制御疲労試験を室温と低 温

‑55

・

C

で守子ったものである。

試験片は，前報告の荷重制御疲労の場合のU形ノ ッチ試験片と全く同じもの6)を使用した。実験では，

主として，試験片に発生する繰返し応力の挙動を調 べて疲労挙動を検討し，疲労挙動におよぽすひずみ

秋田高専 専 攻科学生

振幅や平均ひずみ，最大ひずみの影響と低温の影響 を考察した。また，前報告の荷重制御の結果との関 連性についても検討を試みた。

以下に，その大要について報告する。

2.試験片必よび実験方法

2 ・ 1

試験片

実験に用いた試験片は，前報6)の試験片U と同じ もので，市販の機械構造用鋼

S15C

材

φ22

丸棒から 図

1

に示すような形状寸法を有する板状に機械加工 し，その中央部にワイヤカットによる U形ノッチを 付したものである。これを

9 2 0 . C 1

時間の真空焼き

秋閲高等研究紀要第 3 0

号

‑ 5 5 ' C

および室温での

S15C

切欠き材のひずみ制御低サイクル疲労挙動

表 1 化学成分(%)

c I S i l M n l   P 

1 

s  I C U   0.16  1 0.24  1 0.40  1 0.0171  0 .0301 0.04 

表

2

静的引張試験結果

民峨片温贋 ストロ‑11 よ降伏点 下筒伏点 引!I曽さ ftび

℃  蛮位適宜

m m l m i n .

MPa  MPa  MPi 

%  1  262  260  421  22.9 

室 温

5  283  267  431  24

.4 

1 0   298  285  435  23  1  367  335  485  1 6

.4 

. 5 5   s  386  350  489  1 9 . 2   10  422  375  496  1 5 . 5  

F 

507  441  507  8 . 3   . 1 0 5   5  529  444  538  λ8 

10  530  454  532  6 . 2  

」

之ヱ

ト 叫 ZL ^同

図

1

試験片の形状寸法

~ 80 

。 2  4  6  8  1 0   E  I  onga  1  i  onλ{

剛

n )

図

2

荷重変形図(変位速度1

0 mm/min) 

なまし処理をしてから実験に用いた。供試材の化学 成分を表

l

に，また，この試験片の，室温，

‑55

⁰

C

， ‑

1 0 5

⁰

C

の各温度における変位速度

1

，

5

， 

1 0  mm/min 

での静的引張試験結果を表

2

および図

2

に示す。表

2

の 結 果 よ り 得 ら れ た 考 察 は 前 報 の と お り で あ る旬。

2 ・ 2

ひずみ制御疲労試験

使用した試験機は，電気油圧サーボ式材料試験機 (島津

EHF‑UD10)

で，低温での試験は，試験片お よびそのチャック部装置を覆う恒温槽中に液体窒素 を噴霧させ，

C‑C

熱電対からの温度検出により，試

験片表面温度を

‑55

士

2

⁰

C

に保持して行った。

ひずみ制御疲労試験は，試験機のストローク制御 で行った。繰返し速度は，ひずみ振幅の大ノj

、 l

こより

1  Hz

と

3Hz

にした。

ここで，試験機のストローク信号は，チャック間 距離の変位に対応するものであるが，チャック部と 試験片の形状寸法の剛性を考慮すれば，チャック間 距離変位の大部分は，試験片中央部の伸ぴに相当し ているものであると考えられる。そこで，本実験で は，ストローク変位を，図

1

に示す試験片の板状部 分

40mm

の伸びを代表したものとみなし，

40mm

の 長さに対する公称ひずみで評価し実験結果を整理す

ることにした。

ひずみ制御疲労試験は，平均ひずみεmを，

5%

，

3.75%

， 

2.5%

，および，ひずみ比εL/εu

=  0 

(εm‑

0.16‑0.4%)

の

4

種類に設定して行った。これらの 場合の平均ひずみの各々は，ストローク変位の

2 m m

， 

1.5mm

， 

1  m m

，および，

0.064mm‑0.16mm

に相当している。

ひずみ制御での疲労寿命については，試験片に発 生するき裂が一定量に達する繰返し数を寿命

Nf

と 定義する場合が一般的であるが

7 1

^{本報告では，便法}

として，試験片に発生する最大応力 σuの値が，繰返 し数

N

= 

3 0 0

回のときの値の

1 / 2

に達したときの繰 返し数を，破断寿命

Nf

とすることにした。これは，

3

章で述べる疲労過程中の試験片に発生した抵抗応 力の挙動を参考にしたもので，疲労開始時にみられ るσuの上昇と下降の速度が

N =  ^{3 0 0}

^{回ではかなり}

緩やかとなって定常的状態に近付いていること，そ してまた，疲労後期のき裂拡大に伴う σuの下降速 度は，

N 

= 

3 0 0

回のときのσuの値の

1 / 2

程度に達す るころ，急激となる様相を呈していることから，こ のような

Nf

の定義を試みたものである。なお，この

Nf

のときのき裂長さは試験片断面のおよそ

1 / 2

程度

を占めていた。

3.

実験結果および考察

3 ・ 1

疲労寿命曲線

繰 返 し ひ ず み 振 幅 ら と 寿 命

Nf

を両対数目盛に とった寿命曲線を図

3

に示した。

図中の平均ひずみεmは設定値であるが，実際の 実験では，制御誤差のため，設定値のそれぞれに対 し，

4.99‑5.03%

， 

3.69‑3.76%

， 

2.43‑2.61%

の 範閣の中で行われている。ぱらつきがやや大きいが，

図から，寿命に対しては平均ひずみの大小の影響は

‑3 6

ー

富野泰治・安藤正昭・大山博史

0 . 5 

決

0 . 4

( ‑ s s ' C )  

。

; ^{t : m = 5 . %}  

。

; ^{= 3 . 7 S . %}  

。

; ^{= 2 . S . %}  

O;N

/ N f = O  

。

?

。

S0.3 

可 コ ω 

コ

五

0 . 2

<t 

E 

C  O  (f) 

( R . T )  

③;  t : m = 5 . %   E D ;  ; 3 . 7 5 . %  

Q;  ; 2 . 5 . %   O ; N ! N I = O  

@ 

0 . 1 

1 0 ⁴  105  106 

Number o f  C y c l e s   N 

図

3

疲労寿命幽線

( ε a ‑ N

曲線)

明瞭で'なく，寿命の主たる影響因子はひずみ撮幅で あることがわかる。温度条件では，低温による寿命 上昇効果が認められる。 最小二乗法近似した図中の 各温度における寿命曲線で，室温に対する低温(ー

5 S

⁰

C)

の寿命上昇比を推定すれば，ゐ=

0.3875%

で は約

2 . 0 4

倍，ゐ=

0.25%

では約1.

3

倍となっており，

らの大きい低寿命側のほうで寿命上昇比が大きく なっていた。

3 ・ 2

繰返し応力の挙動

疲労過程中に試験片に発生する繰返し応力(最大 応力と最小応力)を計測した。その一例を図

4

に示 す。応力は試験片切欠き部の公称応力で表したもの である。

繰返し応力は，疲労初期に急激に変化し，その後，

定常的な状態を続け，疲労後期に再び大きく変化し ている。しかし，その応力銀幅見は疲労の極〈初期 を除けば，殆ど一定値を呈しているようにみえる。

図

5

は，図

4

の場合の疲労初期の繰返し最大応力

σ u

と応力振幅のを拡大して示したもので，この図 には，同一ひずみ条件の低温(

‑S5

⁰

C )

の場合も併せ て示してある。繰返し数

N

が

5 0

回付近までは，

σ u

， ぬとも上昇し，繰返しひずみ硬化挙動を示してい る。その後，

σ u

のほうは下降し，やがて，小さな上 昇，下降を繰返して下降していくが，

N

= 

3 0 0

回付近 では，かなり変化が緩やかになっている。一方，ぬの ほうは

N =  5 0

回過ぎから上昇，下降のつりあった 一定値を呈するようになる。温度条件の差異では，

σ u

は 低 温 (ー

5 5

⁰

C )

のほうが明らかに大きいが， ぬ

E m ; 2 . 5 . % .   ^{t :}   a ; 0 . 2 5 . % . N I ; 5 5 3 3 6  

的目

ω

﹄ 判 的

2x10 ・ ^4x10 ・

N u m b e r   o f  C y c l e s   N 

図

4

疲労過程の繰返し応力挙動

c d  

;  200

ト

: 2 ^・ 2: ; 3 3 : }   ^{ε m ; 2}

^・以

^{t a = 0 . 2 5 . %}   g  b 

L喝

あ

100

100  200  300  400  500 

N u m b e r  o f  C y c l e s   N 

図

5

疲労初期 (N

=  5 0 0

固まで)の繰返し最大応カと応 カ振幅の挙動

には大差が認められない。以上のよ うな繰返し応力 の挙動は，他の試験条件の場合においても，大略に おいて共通していた。

図

6 ( a ) ‑ ( b )

に， 平均ひずみ

E m

が，

5 

%， 

3 . 75%

， 

2.5%

のときの，

σ u

とのの挙動を示した。横軸の疲 労過程は寿命比

NjNf

で表してある。これらの各図 から一般的な傾向をみると，試験片に発生する繰返 し応力は図

4

でみたような三つの段階を経過して変

イ J I

していることカfわかる。

まず，

σ u

についてみると，疲労の極く初期で一時 上昇してから，急激な下降をみせる。続いて，室温 秋岡高等研究紀要第

3 0 号

‑55 ・ C

および室温での

S15C

切欠き材のひずみ制御低サイクル疲労挙動 では寿命比

0 . 0 5

過ぎ，

‑55.C

では

0 . 1

過ぎ頃から，以

後の疲労の大部分の期間を，若干の上昇と下降を繰 返しながら， (極めて緩やかに下降し続けたり，少し 上昇したりする場合もあるが， )大略では一定値を呈 しているかのようにみえる状態が続く。そして，疲

〈

MeanS t r a l n   5%) 

0 . 2   0 . 4   0 . 6   0 . 8   Cycle R a t l o   NlN f 

図

6 ( a )  

最大応力と応力振幅の挙動

( e _m =  5 

%) 

ε  E2 ∞ 

2 

話

3 a g v  

n u n u   n u n u  

司' h t t

︒ 匂 コ 畠

﹄

a

E d

司

ω g

﹄ 窃

2400  2 

∞

∞  

︒

JH司孟

ωω Em wE

コ

E ‑

雷同H 何雲

aE V

∞

∞  

n 4 4

・ 0

勺 コ モ

a g

d

﹃

ω g

﹄ 窃

Ea (%) 

・

55 ・ c ー 『 ・ 一 一 0 . 2 7 5 0

・

55 " C 一 一 ・ ← ‑ 0 . 3 8 7 5   R . T . 一 亡 ト 州 問

R . T

一 合 ‑

0 . 2 6 :

お

R .T.‑‑01375 

。 _{1 . 0}  

(Mean S t r a l n   3.75%) 

Ea(%) 

. 5 5 " C  ‑.‑ 0 . 2 6 2 5  

・

5 5 " ( ; ー ・ ー 0 . 3875 R . T . ー乎‑ 0 . 1 6 2 5   R . T . 

‑t.缶‑

0 . 2 6 2 5  

日

T . ‑‑(ト 0 . 3 8 7 5

。 _{0 . 2   0 . 4   0 . 6   0 . 8}  

Cycle R a t l o   NlN

f 

1 . 0  

図6(b)  最大応力と応力振幅の挙動

( σ i n =  3.75%) 

(Mean St

悶

I n 2 . 5

均

省 内 出 言 }

ω

例 ︒ ﹄

m w

。

1 . 0   0 . 2   0 . 4   0 . 6   0 . 8  

Cycle R a t l o   N 川

f

図

6

(c)  最大応力と応力振幅の挙動(品=

2.5%) 

労後期の寿命比

0.8‑0.9

過ぎから，また明瞭な下降 現象が再開され，寿命が近付くにつれ急激となる。

σu

が定常状態にある第

2

段階の期間では，

σu

の 値に，規則性やひずみ振幅の大小の明瞭なる影響は 認められず，それぞれの平均ひずみのもとで，

σu

は 近い値となっている。また，平均ひずみ

εm

が

2.5%

と

3.75%

では，温度の影響が現れ，低温(ー

5 5 ・ C )

の ほうが大きい値となるが

， ^Em  =  5%

では低温

(‑55 . C )

と室温との値には大差がみられない。

つぎにぬについて述べる。全ての試験片で，

N =   5 0

回程度で，ひずみ硬化を示す応力の上昇がほぼ終 わり，その後は，若干の上昇(硬化)や下降(軟化) を繰返すが，寿命間際までほぽ一定値を示す定常状 態が続いている。この期間のぬの値はひずみ振幅に 依存し，平均ひずみや温度の影響は極めて少ないこ

とが観察される。

図には繰返し最小応力

σL

の挙動を表していない 杭 以 上 の 結 果 で 見 ら れ た

σu

の下降現象は，同時 に，

σ L

の下降(すなわち圧縮力の上昇)を示してい るものである。

σL

は，疲労開始直後の

σu

が一時上昇 するときでも，下降し続けていた。そして，この時 期はのの上昇期間に相当していた。

疲労初期の繰返し応力挙動は，繰返しと共に，上 限のひずみ

( ε u )

に対する引張力は低下し，下限のひ ずみ(εL)に戻るための圧縮力が上昇している現象で あって，塑性伸び変形が増大して行く過程を示唆し

‑ 3 8

ー

はあるが，

0 . 1

と

0 . 5

には大差がなく，

0 . 9

ではかなり の下降が認められる。しかし，

E : u

や

εm .

ねによる規 則性は明瞭 ではない。つぎに，

σu

と

εu

の関係をみる と，やや相闘がみられ，

εu

が増大すると

σ u

もわずか に増大する傾向がみられる。また，同一レベルの

ε u

に対しては，

ε u: : : : 4 %

程度以下では低温(

‑55 " C )  

での

σu

は室温よりもかなり大きな値をとるが，

ε u

が

5%

程度になると大差がなくなっている。

図

8

は

， N j N f

が

0 . 0 5

と

0 . 5

お よ び

0 . 9 5

のときの むと のの関係を示したものである。この図では，

σ m

が異なっていても

N j Nf

の み で

1

個 の 記 号 に 統ー

している。例 え ば，室温で

NjNf : : : : 0 . 0 5

の

O

印のそ れぞれには，

ε m

が

5%

，

3.75%

， 

2.5%

や

εLj ε u

ニ

O

の試験条件の場合がある。図から，ゐが大きいほう では， ぱらつきが大きくなるが，らとのの関係は，

おおむねでは， 一つの直線上に収束しているとみな し得る。したがって， 試 験 片 に 発 生 す る の に は

εm

や 温度の影響は殆どみられず，むにのみ依存してい

ることカfわカ る。

富野泰治・ 安藤正昭 ・大山博史

ているものと考えられる。これに対して，疲労後期 の挙動は，主に，き裂の発生と拡大に伴う現象で，

ε u

に対する引張力はき裂の拡大とと もに当然小さ くなり，

εL

に対する圧縮力の上昇は，き裂付近の塑 性変形の増加に伴う現象であると考えられる。

図

7

は，比較的緩やかに変化している第二段階の 期間での

σu

の様相を示したものである。

1

個 の 試 験 片で観 測 さ れ た，寿 命 比

Nj Nf

が，それぞれ，

0 . 0 1

， 

0 . 5

， 

0 . 9

のときの

σ u

を縦軸に，その試験片に 与えられた最大ひずみ

ε u (=  E :

m 

+ 

^EB)を横軸にとっ ている。 図中の，

3

個の記号を縦に重ねた直線は

l

個の試験片の結果を意味し，破線は各試験片の

N j Nf : : : :   0 . 5

で示された傾向の大略を示す。また，同一グ /レープの

εm

での横方向の変化はらの大小によるも のである。

図より，

σ u

は

N j Nf

の増加に伴い下降する傾向に

さ

ム

4 .

荷量制御疲労試験結果との関連について

前報6)では，本報告と同じ試験片を用いた片振り の荷重制御の塑性疲労試験を行った。その結果と本 実験結果との関連について以下に検討を試みる。

( 1 ) 

低温(

‑55 " C )

による寿命上昇効果は，ひずみ 制御ではひずみ振幅の大きいほうが，荷重制御では 応力振幅の大きいほうが，増大している。すなわち， 低寿命側で上昇効果が大きくなる。

( 2 )

荷重制御では塑性伸びの挙動が大略

3

段階を 経過して破断に至るのに対し， ひずみ制御でも試験 片に発生する抵抗応力の挙動が

3

段階を経過して破 断に至る。ひずみ制御での応力挙動も塑性変形に伴 う現象であって，塑性疲労の現象の本質では，両者 の試験に同じ結果が現れている。

( 3 )

荷重制御では，

1

サイクルの繰返し伸び幅は，

疲労過程の大部分において，一定値を呈し，それら の値については， 主に繰返し応力幅にのみ依存し，

最 大応力的や温度の影響は極めて少なかった。こ れに対し，ひずみ制御では，疲労過程の大部分，

1 

サイクルの応力振幅 ぬ が一定値を呈し，ぬの値は， ひずみ振幅

ε a

に依存し，平均ひずみ

εm

や温度の影 響は見られない。

いま，前報での繰返し伸び幅を，本報告の場合と 同様に，試験片の板状 部 分

40mm

の公称、ひずみで評 価し，ひずみ振幅

ε a

と応力振幅ぬの関係で整理し

件

「

三L，

を

‑ J Z ; ? ? ; : ‑

f ^{可 安}

( 0

仏 三 )

コ

3 0 0

b 

n u

 

nU 

司 正

目的ω主的

E O

一

E _x

豆 o

E 円M

E 

a 1 6  

︑ ︐

ι

fJ

AUE3

内凶

d

h a 側 A

仏

‑ z ‑

‑

MH 

‑ A ‑ v  

TE‑

BH  

︑ ︐ 炉

tEJ

AUE

司 内

Md

K D D  

M同 =

‑ ‑

M円O

目 ︒

2 3 4 5 6   Mαximam S t r a i n ε u   ( % )  

島

'

/

令

委長

最大ひずみと最大応力の関係

。

^;N

^州

^1=0.05，

0 ; 

=0.50 ト

( R . T )

く 〉 ・ = 0 . 9 5

J 

・

;

^=0.05 

¹ 

A: 

=0

却 卜

(‑55

匂

•

図

7

可

ω 

3

3 

a‑. 

~ ^{1 0 0}  

(/)  田

直3

U

~ 】

1 0

喝

守 3 0 0

c.... 

、 豆

・. . . .  

g  ^{2 0 0}  

0 . 5  

(%) 

0 . 4   ε

。

0 . 1   0 . 2   0 . 3   S l r o l n  A m p r i l u d e  

。

秋岡高等研究紀要第 3 0 号

ひずみ掻幅と応カ振幅の関係

図

8

‑55 ・ C

および室温での

S15C

切欠き材のひずみ制御低サイクル疲労挙動

直すと図

9

のようになる。この図に，本実験の図

8

の

N/Nf =  0 . 5

の結果を併せて示した。

図

9

より，荷重制御でもひずみ制御でも，らと

σ a

は極めて強い相闘があり，試験法の違いにも関係な し一つの直線関係で表きれるような傾向にあるこ とがわかる。ただし，ひずみ制御のほうが少しばら つきは大きいようである。

この結果より，前述の図

3

の寿命曲線

(ε‑N

曲線) の ら を

N/Nf

= 

0 . 5

のときの応力撮幅で評価し直 して，

S ‑ N

曲線に変換しまた，前報告の荷重制御 での

S‑N

曲線も両対数グラフに変えて，両者を合わ せて示すと図

1 0

のようになった。図から，本実験の ひずみ制御の結果は，前報告の平均応力O"

m

ニ

1 6 1 . 7 Mpa

の結果に近い結果となっていることが観察さ

300 

( 0

丘三)

g200 

n u 

n U  

8 2 E L

﹄ あ g

主

。 2 0 0

、、ー' b 

o 

. 

5

̲

弓'

' 

~ ¹⁰⁰  . 2   90  玄 8 0 E 70 

~ 60 

550 

的

4 0

ーr

S I

。，

inConbot'

c} ;l:m=5.00_~(R.T)

o ;  = 3 . 7 5   % ( R : r )   E D ;   "2 . 5 0   % ( R . 1 )  

。 ; 噌.

1 6 → . .f%(R . T )

~; ^{= 5 . 0 0  %  ( ‑ 5 5}

'C) 

~: "3.75%(

・

5 5

匂

A

〆

φ ;   =2.50%(‑55

'C) 

.~

0; … )  

^%(益的

•

. t O  

d囚‑

e臼 脳

会 ロ 甲

〆/ 

L o c d   C o n t r o l  

d.;Um叶

6 1 . 7MPo  ( R .   T )  

ロ;

: : 2 . 0  MPa  ( R . T )   企; = 1 6 1 . 7  MPa  ・ ( 55 ・ 0

・; =240MPo  ・ ( 5 5

・

q

。 _{0 . 1   0 . 2   0 . 3   0 . 4   0 . 5}  

S t r a i n  Ampriludeεa  ( . % )  

図

g

ひずみ振幅と応力援幅の関係

℃ 

d

一T均 的 一

R J・

M一

G O

O‑

c d

﹄

3 ? b z  

Load c o n f r o l  

一一‑‑‑^O'

^m=161 1 6

1.

^{. 7}  7  MPo  ^{MP ロ I (} ( ^R ‑ ^. 5 ^{T )} 5   C)  240  MPo  ( R . T )   240  MPo (‑55 C) 

1 0 ⁴  10 ⁵  10 ⁶  10 ⁷  Number o f  Cycles  N 

図

1 0 S‑N

幽線

、

、ー・・・ーー申令

れる。また，この図と図

3

を対比すると，図

3

でみ られた，ひずみ振幅同一レベルでの寿命のばらつき は，実際に試験片に発生した応力掻幅の差によるも のであることが推察される。

( 4 )

荷重制御では，疲労中の塑性伸びの挙動は，

応力振幅

σ a

には依存せず，繰返し最大応力的に支 配され，塑性伸びと σuの関係は大略では直線的関 係がみられた。これは，換言すれば，繰返し:最大応 力的と最大ひずみ

εu

との関係に相当する。これに 対して，ひずみ制御では，

σu

と

εu

には荷重制御のよ うな強い相関は認められなかった。これらは，変位 無拘束の荷重制御と，変位が拘束されているひずみ 制御の違いによるもので，ひずみ制御では塑性疲労 に伴う塑性伸びの現象が

σu

の下降として現れるこ

とによる相違であると考えられる。

以上の検討結果より，荷重制御とひずみ制御では，

その塑性披労挙動の本質的な現象においては差異は 認められないようであった。

5 .結 ^毛主~

" "  

前報の片撮り荷重制御疲労試験に引き続いて，同 じ

U

形ノッチを有する試験片

(S15C)

を用い，片振 りのひずみ制御低サイ クル疲労試験を，室温と低温

(‑55 ・ C )

で行った。

得られた主な結果を要約すればつぎのとおりであ る。

( 1 )  

_{繰返し平均ひずみは，実験範囲の}

5 %

以下では，

疲労寿命に影響を及ぽきない。ひずみ振幅が疲労 寿命の主たる影響因子となっている。

(2)  低温(ー

^55.C)

による寿命上昇効果は，ひずみ振 幅が大きいほうの低寿命側で増大する傾向がみら れる。

(3)  1サイクルの繰返し応力張幅は，疲労の極く初 期と破断寿命間際を除けば，疲労過 程中，殆ど変 化しないで一定値を呈している。 その値はひずみ 掻幅に依存し，平均ひずみや温度の影響は殆ど認 められない。

(4)  疲労過程中の最大応力は，疲労初期と後期に大 きい下降を示す。その中間部の疲労過程では極め て緩やかに下降し続けるものや.ほぽ，一定値を 呈しているような場合がある。

( 5 )  

その疲労中期の最大応力は，最大ひずみとやや 相闘がみられる。同一レベルの最大ひずみにおい ては，低温(

^‑55.C)

のほうが室温より大きいが，

最大ひずみが，大きいほうの，

5 %

程度になると

‑ 40‑

宮野泰治・安藤正昭・大山博史

大差がな{なる。

( 6 )  

前報告の荷重制御疲労試験の結呆との関連を検 討すると，塑性疲労の挙動の本質的な面では，制 御条件の違い等の試験法の差異による影響は認め られず，低温(‑

5 5 . C )

の影響にも大きな差異はな

し、。

参考文献

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名，秋田高専紀要，

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養賢堂，

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秋田高専研究紀要第

3 0

号