金属材料の逆変形機構と低サイクル疲労挙動に関する研究

(1)

九州大学学術情報リポジトリ

Kyushu University Institutional Repository

金属材料の逆変形機構と低サイクル疲労挙動に関する研究

森野, 数博

https://doi.org/10.11501/3097529

出版情報：Kyushu University, 1994, 博士（工学）, 論文博士バージョン：

権利関係：

(2)

(3)

金属材料の逆変形機構と

低サイクル疲労挙動に関する研究

平成6年1月

森野数博

(4)

目と欠

第1章緒 ;ji ^a ^. ^. ^. ^， ^. ^. ^. ^“ ^・ ^・ ⁸ ^・ ^・ ^・ ^‘ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^‘ ^・ ^・ ^・ ^， ^， ^，^， ^，^， ^， ^， ^，^，^， ^， ^， ^， ^， ^， ^， ^，^， ^，^， ^" ^1---....- ⁷

第2章逆変形試験における問題点とその対策 ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^‘ Î ^tÎ Î Î Î Î Î Î ^・ ^・ ⁸^----³⁰ 2. 1. *'者言 ^・ ^・ ^・ ^， ^， ^， ^， ^，^， ^，^， ^， ^， ^， ^， ^，^， ^， ^， ^， ^， ^， ^， ^， ^， ^，^， ^， ^， ^， ^， ^， ^， ^， ^， ^， ^， ^， ^， ^， ^， ^， ^，^， ^， ^， ^， ^， ^，^， ^， ^" ⁸ 2 . 2 試験片形状、負荷装置および使用材料 ^・ ^・ ^・ ^・ ^， ^， ^， ^， ^，^， ^， ^， ^， ^， ^， ^， ^， ^， ^，^， ^， ^， ^， ^" 8 2.3 圧縮による大予ひずみの与え方 ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^‘ ^， ^， ^{， "} ^{1 2} 2 . 4 大変形域における実験方法 ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ Î Î Î Î Î Î Î Î ^• ^•^t Î ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ 1 4 2. 4. 1 引張予ひずみ材の圧縮試験 Î ^t ¹ ^. Î Î ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^ー ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^‘ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ 14 2. 4. 2 圧縮予ひずみ材の引張試験 Î Î ^rÎ Î Î ^， Î Î ^，Î ^t ^， ^. Î ^t Î ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ 18 ( 1 ) 試験片形状の影響 ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^‘ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ¹⁸ ( 2 ) くびれ後における応力値の補正 ^・ ^・ Î Î ^{1 .}Î Î ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ 19 (a) 試験片、使用材料および実験方法 ^， ^， ^， ^， ^，^， ^， ^， ^， ^， ^，^， ^， ^， ^，^， ^， ^， ^， ^" 20 (b) 変形に伴うくびれ部の形状変化 Î Î Î Î Î Î ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ Ê ^・ ^・ ^・ 2 2

( c) くびれ部の形状を考慮した圧縮後の引張変形曲線 ^， ^， ^， ^， ^，^" 2 8

2.5 結言 ê ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^‘ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^l ^' Î ^• Î ^， Î Î Î Î Î Î ^・ ^・ 29

第3章パ.ウシンガ効果に及ぼす負荷順序の影響 ^， ^， ^， ^， ^， ^， ^， ^， ^， ^， ^， ^， ^， ^， ^， ^， ^，^" 3 1-"-' 5 2 3 . 1 緒言 Î ^• Î Î Î Î Î ^， ^， Î Î ^， ^， ^t ¹ ¹ ^' Î ^• Î Î ^l ^' Î ^• Î Î Î Î Î ^t ^， Î ^• ^• ^•^， Î ^t ^， Î ^t ^•Î ^t Î Î ^， ^・ ^・ ^・ ^・ ³1 3. 2 使用材料、試験片および実験方法 ^{1 1 '}Î Î Î Î ^" ^{• •}Î Î Î Î Î ^t Î ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^{3 2} 3. 3 弾塑性域におけるパウシンガ効果 ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^， ^， ^・ ^・ ^・ ^‘ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ â ^・ ^{3 4}

3 . 3. 1 引張圧縮によるパウシンガ曲線 Î Î ^• ^• ^， ^l ^' Î ^， ^， Î Î ^l ^' ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^{3 4} 3 . 3. 2 パウシンガ効果の検討 Î Î Î Î Î Î ^， ^. ^， ^. ¹ ^. Î ^， Î ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^， ^， Î Î ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ 3 6

3. �). 3 逆変形過程におけるすべり帯の観察

(1) 形状および発生数の変化 ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ⁴ ^・ ^・ ^e ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^{3 9}

( 2 ) 角度分布の変化 Î ^， Î Î Î ^， ^. Î Î Î Î Î ^t Î Î Î Î Î ^{1 .}Î Î Î Î ^， Î Î Î ^l ^' Î ^• Î ^， ^. Î ^{I・・ 4 2} 3 .4 大変形域におけるバウシンガ効果 ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ⁴⁵

\S/ 喧EEEA

〆't\

(5)

3. 4. l 引張圧縮によるパウシンガ曲線 Î Î ¹ ¹ ^' ^， ^. ^. ^l ^' ^， Î ^l ^' ^t ^， Î ^t ^• Î Î ^t Î Î ^・ ^・ 45 3. 4. 2 パウシンガ効果の検討 ^・ ^・ ^・ ^・ Î Î Î Î Î Î Î Î Î ^t Î ^， ^， Î ^， Î Î Î Î ¹ ¹ ^・ ^・ ê ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ 47 3.5 結言 ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^. ^. ^. ^， ^， ^， ^， ^， ^， ^， ^， ^• ^， ^， ^， ^， ^• ^， ^， ^•^， ^， ^• ^， ^， ^• ^， ^， ^. ^， ^， ^， ^， ^， ^， ^， ^，^， ^， ^， ^• ^• 5 1

第4章破断延性値に及ぼす圧縮予ひずみの影響 ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ 53'"'-' 6 4 4. 1 緒言 Î Î Î Î ^f ^， ^. Î ¹ ¹ ^' Î ^‘ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ Î ^l ^' Î ^fÎ Î ^・ 53 4. 2 使用材料、試験片および実験方法 ^， ^， ^， ^， ^， ^， ^， ^， ^， ^， ^， ^. ^， ^， ^， ^， ^， ^， ^， ^， ^， ^. ^， ^， ^， ^， ^" 53

4 . 3 圧縮予ひずみに伴う破断延性値の低下

4. 4 般断延性値の低下要因 Î Î Î Î ^・ ^・ ^・ ⁸ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ Ê ^・ Î Î Î Î Î ^， Î Î Î ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ 57 cf.5 予ひずみ材における破断延性値の低下機構 ^・ Î ^t Î Î Î ^t Î ^• Î Î ^t Î Î Î Î ^・ ^・ ^・ ^・ 61 4. 6 結言 Î ^， ^. Î ¹ Î ^・ ⁸ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^‘ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ê ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^， ^， ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ â ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ 63

第5章逆変形特性と加工軟化およびすべり系との関係 Î Î Î ¹ ¹ ¹ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ 65^'"'-'8 2 5. 1 緒言 Î ^t ^f ^f Î Î Î ^t ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ê ^・ ^， ^， ^， ^， ^， ^， ^，^. ^， ^， ^， ^. ^， ^， ^， ^， ^，^. ^， ^， ^， ^， ^，^. ^. ^， ^， ^， ^. 65 5.2 炭素鋼の引張圧縮によるパウシンカP効果 Î Î Î Î ^f Î Î ^t Î Î Î ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ 65 5. 2. 1 使用材料、試験片および実験方法 ^， Î Î Î Î Î Î ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ⁶ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ 65 5. 2 . 2 �単塑性域におけるパウシンガ効果 ^・ ^， ^， ^， ^， ^， ^， ^，^， ^• ^， ^， ^. ^.^， ^， ^， ^. ^， ^， ^， ^， ^. ^， 67

5 . 2. 3 大変形域におけるパウシンガ効果 ^・ ^‘ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^， ^， ^‘ ^・ ^・ ^・ ^a ^・ ^・ ^s ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ 72

5. 2. 4 圧縮予ひずみ材の破断延性値 Î Î ^t ^t ^， Î Î Î Î Î ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ Î Î ¹ Î Î ^l ^' Î Î Î ^・ ^・ ^・ 72 5. 2. 5 考察 ^• Î Î Î ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ â ^・ ^・ ^・ ^‘ ^・ ^・ ^・ ^・ ⁸ ^‘ ^・ â ^・ ^・ ^・ ^・ ^‘ ^・ ^・ ^・ ^‘ ^' ^‘ ^・ ^・ ^・ ⁸ ^・ ^・ ^・ ^， 7 5

5.3 銅のねじりによるパウシンガ効果 ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^ー ^， ^• ^. ^，^， ^• ^， ^，^" 7 9

5. 3. ¹ 使用材料、試験片および実験方法 ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^t ^， Î ^r Î ¹ ^， ^. Î ^・ ^・ ^・ ^・ 79 5. 3. 2 �単塑性域におけるパウシンガ効果 ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ 79 5. 3 . 3 考察 ^" ^r Î ^， Î Î ^， ^. Î Î ^t Î ^• ^l ^' ^• ^•^， ^f ^• ^l ^' Î Î Î ^f Î Î Î ^， ^. Î Î ¹ ¹ ^' ^• Î Î ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ 82 5. 4 結言 ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^， ^， ^t ^t Î Î ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ 82

第6章逆変形特性と黒鉛介在物との関係 Î ¹ ¹ ^. ¹ ^t Î ^• ^t Î Î ^• Î ^・ ^・ ^・ ^・ â ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ 83^'"'-' 100 6. 1 緒言 ^・ ^・ ^・ Î ^• ^• Î ^• Î Î Î Î Î Î Î Î ^t Î Î Î Î ^•^t Î ^• ^•^• ^• Î Î Î Î ^• Î ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ 83 6.2 使用材料、試験片および実験方法 ^l ^' Î Î ¹ ¹ ^' ¹ ^. Î Î ^t^t Î ^， Î ^， ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ 83

( 2 )

(6)

6. 3 球状黒鉛鋳鉄の引張りおよび圧縮による単純変形 ^• Î ^•Î Î Î ¹ ^" Î ^l ^' ^. ^・ 8 6

6. 3. 1 単純変形曲線 ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^‘ ^・ ^・ ^・ ^・ Î Î ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^‘ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ 8 6 6. 3. 2 引張圧縮の単純変形における黒鉛の役割1 ^' ^" Î Î Î Î Î ^• ^， Î ^， Î ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ 86 6. 4 球状黒鉛鋳鉄の引張圧縮による逆変形 ^・ ^・ ^. ^. Î ^， ¹ ¹ ^' ^• ^•^， Î Î Î ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ 88 6. 4. 1 パウシンガ曲線 Î ^t ¹ ¹ ^' Î ^l ^' Î ^t Î Î ^l ^' ^• Î ^t ^• Î ^， ^t Î ¹ ^. Î Î Î Î Î ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ⁸⁸ 6. 4. 2 圧縮予ひずみ材の破断延性値 Î Î Î Î Î Î Î ÎÎ Î ^， ^， Î ^， ^， Î ^， Î Î Î ^， Î Î ^•Î Î ^" 91 6. 4. 3 引張圧縮の逆変形における黒鉛の役害11 Î Î Î Î Î Î Î Î Î Î ÎÎ Î Î Î Î ^・ ^・ ^・ ^・ 94 6.5 結言 ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ 100

第7章引張圧縮低サイクル疲労試験片形状の問題点、とその対策 ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ 101 7. 1 緒言 ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・^.・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ Î Î Î^• Î Î Î Î Î Î Î Î Î Î Î Î Î Î Î Î ^" 101 7.2 これまでに用いられてきた試験片形状の傾向 ^ー ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ 102 7. 3 試験片，使用材料および実験方法 ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ 102 7. 4 結果および考察 ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^‘ ^・ ^・ ⁸ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ê ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ 105 7. 4. 1 疲労寿命と試験片中央部形状の関係 ^•Î ^• Î Î Î Î Î Î Î Î Î Î Î ^， ^， ^. ^， ^， ^， ^. 105 (1) 円柱形試験片 ^， ^t ^. ^t Î Î Î Î Î Î Î Î Î Î Î Î Î Î ^t Î Î ^t Î Î Î ^・ ^・ ^・ ^" ^・ ^' ^‘ ^・ ^・ ^・ ^・ ^s ^・ ^‘ ^・ 105 ( 2 ) 砂時計形試験片 ^・ ^， Î Î Î ^，^， ¹Î Î Î Î Î Î Î Î ^， ^， Î Î Î ^t Î Î ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ê ^・ 109 7.4.2 砂時計形試験片における長寿命化要因の検討 Î Î Î ^・ ê ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ¹¹0

(1) 実験的検討 ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ 110

(a) 繰返しに伴う塑性ポアソン比の影響 Î Î Î Î ^• Î Î ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ â ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ 1 10 (b) 最小断面における三軸応力の影響 Î Î Î Î ÎÎ Î Î Î ^， ÎÎ Î Î Î Î Î Î ^， ^. 114 (c) 微小き裂発生確率の影響 ^， ¹ ¹ ^. Î Î Î Î Î Î Î Î ^t Î Î Î ^， Î ¹ ¹ ^' ¹ ¹ ^' Î Î Î ^・ 116 (d) 三軸応力下における砂時計底近傍の引張軸方向応力の影響11 6

(2 ) 有限要素法と微小き裂伝ぱ則に基づく検討 ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ Î Î ^tÎ Î Î Î ^・ ^{1 1} ⁷

(a) 解析形状および解析方法 ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ 11 7 (b) A S T Mのひずみ換算式の検討 ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^“ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ 12 0

(c) 微小き裂伝ぱ則に基づく疲労寿命の推定 ^・ ^・ ^. Î Î Î Î Î Î ^t Î Î Î ^・ 121 7. 5 結言 ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ Î Î ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^‘ ^. Î ^， Î Î Î Î ¹ ¹ ^. Î ^‘ ^・ ê ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ ^‘ ^' ^・ ^・ ^‘ ^・ ^・ ^・ ^・ ^・ â ^・ ^・ 124

、、，，J

円ぺU/Ft、、

金属材料の逆変形機構と低サイクル疲労挙動に関す る研究

九州大学学術情報リポジトリ

Kyushu University Institutional Repository

金属材料の逆変形機構と低サイクル疲労挙動に関す る研究

森野, 数博

https://doi.org/10.11501/3097529

出版情報：Kyushu University, 1994, 博士（工学）, 論文博士 バージョン：

権利関係：

金属材料の逆変形機構と

低サイクル疲労挙動に関する研究

平成6年1月

森 野 数 博

金属材料の逆変形機構と低サイクル疲労挙動に関する研究

金属材料の逆変形機構と低サイクル疲労挙動に関する研究

出版情報：Kyushu University, 1994, 博士（工学）, 論文博士バージョン：

森野数博