芳 賀 武 關 川 三 男
1. ま え が き
金属の疲労過程中の組織変化お よび クラックの進展過程等については多 くの理論や実験結 果が報告 されている.筆者 らは,先に平滑材の炭素鋼 1)〜4),ステンレス鋼5)6)お よびアル ミ
ニウム青銅7)8)などについて,疲労進行過程における歪エネルギ解析お よび組織変化の観察 等を調査 した.また炭素鋼切欠き材の疲労過程について調査 した9). 中で も疲労進行過程に おけ る内部の現象を把握す ることは極めて困難を要す る.
そ こで,今回,一つの手段 として,疲労進行過程を一時中止 し,その後,衝撃を与え,破 壊 させ,その破面を観察す ることによって,疲労進行が, どのように変化す るかな,純鉄の 切欠 き材について,調査 したので,その結果を報告す る.
2.実 験 方 法
試料は純鉄を用い,Fig.1に示す ような形状 と寸法に機械加工 し,その後,950oCで1 時間真空焼鈍を行い,その後,エ メリー研
摩お よびバフ研摩で表面仕上げをほどこし, 5%硝酸 アル コール溶液で腐食 した.
純鉄の主な横根的性質を Tablel に示 す.疲労試験は毎分繰返 し数 3400C.p.m .
のシェソク型試験機を用いた.衝撃試験は シャル ピー試験機を使用 し,疲労試験を中 断 し,長手方向に切欠 き部の中心か ら左右 に27.5mmの寸法に切断 し,6m/secの速 度で衝撃をお こな った.
組織変化の観察においては,光学,電子 お よび走査電子原敬 より観察 した.
3.実験結果および考察 シェソク型疲労試放校は応力振幅が一定
Fig.1 Form anddimensionsoffatigue testspecimen.
Tabe1 Mechanicalpropertiesoftest material.
♯ 昭和52年10月1日 日本機械学会北陸信越支部講演会において発表
** 横桟工学科 助手
***機械工学科 教授
原稿受付 昭和53年9月30日
864208611111(8uu,JBq)apnlnduJess呈S
105 106 107 Repeated cycles N
'Fig.2 ApproximateS‑N curve for Unotchtipspecimen.
104 105
GujujJBn apnlニduJ
essとISRepeated ･cyctesN
Fig.4 Thestressamplitudechangetaking placeduring･thefatigueprocess.
(⁝∈
∈
＼Bnapn≡duJessaJIS○′0‑0
､
‑ ㌧｡ノーOAiも1♂ 105
Repeated cycles N
Fig.3 Thestressamplitudechange takingplaceduring thefatigue prOCeSS.
にならないため,真のSIN曲線は求 め られず近似的 S‑N曲線5)となる.
Fig.2は純鉄の切欠き材の近似的S‑
Ⅳ 曲線を示す.
作成 された近似的 SIN 曲線 より N*2×105cycle付近,すなわち,
q幸18kg/mm之を高応力振幅とし,N
幸1×106cycle付近,すなわち
甘辛12kg/mm2を中応力振幅とし,〟
幸1×107cycle付近,すなわち
q幸8kg/mm2を低応力振幅とす る.
今回は,この中の中応力振幅についての挙動を調査 した.シェソク型疲労試験概は応力が 一定にならないため,あらか じめ,試験片を固定する一方の トル ク棒 (固定側)にゲージ4 枚をは り･これ よりブ リッジポ ックそお よび動的ス トレン ･メーター等に接続し,変動応力 を測定 した.
この結果を Fig.3お よび Fi臥 4に示す.Fig.3は高応力振幅, Fig.4は中応力振幅 の変動応力を示す.高お よび中応力振幅とも繰返 し数の増加 とともに,応力に変動があ り,
との応力変動は組織変化 とかな り関連性がある.
‑‑Photo.1は中応力振幅における光学原敬鏡組織の変化を 示 したものである.N‑3×104 において,すべ り線の発生を観察し,これは Fig.4において, 1つのピークを示す.その 後の繰返 し数の増加 とともに,すべ り線はすべ り帯と成 り,マイクロ ･クラックと進展し, その後の繰返 し数の増加 とともにマクロ ･クラックと成 り,破壊する過程を通 る.
またすべ り帯 とクラックのなす角を測定 した結果,0‑600が80%を占め, Photo.1の￠)
違 朝 出 由 盛 由 表 表 由 盛
喜 ∴ 二
(a) N= 0 辿 ｣ (b) N=3X104 (C)
(d) N=3x105 (e)N=5XIO5
(i)N=7.5X105 Photo.1 Changesofmiorostructureproducedbyrepeatedstresscycles.
(q幸12kg/mm2,N‑8.5×105)
＼
0 日 10̀ 105 106
Repeated cycles N
Fig.5 Relation betweenimpacteneryand repeatedcycles atU notchtipspecimerl.
出 L9hFL 391f ヱ9iy ZBiJ!
Photo.2 Scannirlgelectronmicro‑ Photo.3 Scanningelectronmicro‑ pllOtOgraphsoffracturesurface. pbotographsoffracturesurface.
(or幸12kg/mm2,N‑3×10.) (O‑:‑12kg/mm包,N‑1×105)
か ら(cl)‑の伝は速度は 1.2〝/sec,(d)か ら(f)‑の伝は速度は 2Fdsecであった.
つ ぎ忙中応力振幅の疲労過程を一時中止 し,その後衝撃をおこなったときの衝撃値 と繰返 し数 との関係を Fig.5に示す.
これに よれば,繰返 し数の増加 とともに衝撃値が減少 し,疲労過程の現象がかな り現われ てい るように思われ る.
また中応力振幅の疲労過程を一時中断 し, その後, 衝撃を おこな った ときの 破面観察を Photo.2‑Photo.4にそれぞれ示す.
その結果,切欠 き底付近に疲労に よって生 じた影響が観察 され,また衝撃の彫哲に より塑 性的に組織が流れているデソプル ･バターンの組織 も観察 された.
本研究は 日本磯枕学会創立80周年記念 ･北陸信越支部学術講演会に発表 した もので,この 研究の詳細については 日本機械学会に投稿中である.
1旦建 19hJJ Z聖
L20J! L2LP 呈里ど Photo.4 Scanningelectronmicro‑
photographsoffracturesurface.
(q幸12kg/mm乞,N‑7.5×105)
参 考 文 献
(1) C.MinamisaWa,N.Aokl, T.打aga and Y. Ishi‑Da:Proc. 15th Japan Congr. on MaterialsResearch (1972)86.
(2)南沢 力,青木 望,芳賀 武,石田有示 :日本材料学会誌,21(1972)90. (3)南沢 力,青木 望,芳袈 武,石 田有示 :日本材料学会誌,23 (1974)270.
(4)南沢 力,芳賀 武,関川三男 :日本材料科学会誌L14 (1977)201.
(5) T.Haga,H.YokouchiandM.Ishida;Pr∝.16thJapanCongr.onMaterialsResearch (1973)168.
(6) C.Minamisawa,N.Aoki, T. Haga and Y. Ishi‑Da:Pr∝. 16th Japan Congr. on MaterialtResearch (1973)148.
(7)芳賀 武,村井三郎,平山忠一 :日本材料学会誌,18 (1969)405.
(8)芳賀 武 :日本材料学会誌,19 (1970)90.
(9)南沢 力,芳賀 武,石 田有示 :日本材料学会学術諦涙金前刷共 .26(1977).121.
