疲労過程 にお け る疲労進展挙動 について

Ni‑Cr強靱鋼(SNC‑2)切欠き材の繰返し曲げ

疲労過程 にお け る疲労進展挙動 について

( 第 1 報 焼入れの場合)辛

芳賀 武* * 関川 三男* * *

1. 緒 言

機枕および構造物材料の疲労に関す る研究は,疲労過程中の組織変化および巨視的 クラ

クの進展過程等について,理論的および実験的結果が多 く報告 されている.

疲労の場合,疲労進行の経過 とともに,ある繰返 し数において,表面にき裂カ. . } 発生 し,そ の後の繰返 し数において, き裂が伝播 し,破壊に至 る. これ ら巨視的き裂伝掛 こ関す る研究 や破壊後の破面模様観察か ら疲労過程を解析 して】 いる.

しか し,疲労進行途中における内部の疲労進展現象に関す る研究は少ない.

そ こで本研究は一つの手段 として,疲労進行過程を一時中断 し,衝撃を与え,破壊 させ, その破面様相を観察するこ･ とに よ, つて,疲労破面 と衝撃破面 とに分離することが出来, 一疲労 進展様相が明確に観察されたので,その挙動について調査 した結果を報告す る･ .

2 . 実 験 方 法 使用 した 〃 トCr 鋼 ( S NC 1 2 ) の化学成分を

Tabl e lに示す･試験片は Fi g･ 1に示す よ Ta bl e1 Che m i c alCo mpo s i t i o ns( Wt %) うな形状 と寸法に機械加工 し,その後真空中 sNC 2

で8 5 0oCで3 0 分保持後,真空を開 き,ただち に 5 5oC±5oC の胡麻油中に急冷 し,その後 エ メ1 )‑研摩お よび′ くフ研摩で表面仕上げを ほ どこし,疲労試験をおこなった.疲労試験 は毎分繰返 し数 3 40 0 C . p. m. のシェソク型疲 労試験機を用いた.衝撃試験はシャル ピー衝 撃試験機を使用 し,おのおのの繰返 し数にお いて,疲労試験を中断 し,長手軸方向に切欠 き部の中心か ら左右に2 7.5 m m の寸法に切断 し , 6m/s e cの速度で衝撃をお こなった. ク ラックおよび破断面の疲労模様の観察におい ては, 光学, 透過型お よび走査型電子顕微鏡 よ

C I Si IMn

0. 7 51 0. 0 2 6

Fi g.1 For m andDi mens i o nsof Fat i gueTe s tSpec i me n.

* 昭和 53 年 5 月 日本材料学会 第 27 期学術講演会において発表 榊 機械工学科 講 師

* * * 機械工学科 教 授

原稿受付 昭和5 5 年 9 月 3 0 日

42 長野工業高等専門学校紀要 ･第 1 1 号

Tabl e2 Mec hani c alPr oper t i e sof Spec i menaf t erHeatTr e at me nt

り観察 し, クラックおよび破断面の疲労模様 の観察においては, 光学, 透過型お よび走査型 電子顕微鏡 より観察し, クラ ックおよび破断 面 の疲労模様の長 さ測定は 1 /1 0 0mm の自動 読み取 り式工具顕微鏡を使用 した.Tabl e 2 は SNC‑2 の主な機械的性質を示す. Tabl e3 に示す ような 2 種類の応力振幅について,主

Fi g.3 Fr act ur eSur f ac eMo delt hatOc c ur sNe art heRo otof aNot c hi naThi c kPl at e.

Ta bl e3 St r e s sAmpl i t ude s

に調査 した. Fi g.3は曲げ方向と破断面模様を示 し試験片の幅 ( b) 方向を x 方向とし,厚さ ( h) 方向をy方向とする.疲労試験はy方向上下に曲げ繰返 しをお こない, 疲労寿命 ( N/ ) に対する何%かの繰返 し数 ( 〟)ど疲労を中断 し, その後切欠 き底 と反対の方向か ら衝撃を おこなった.

3 . 実験結果および考察

Fi g.4 は焼入れの場合の疲労強度曲線, すなわち S‑N 曲線を示す.疲労限度は約 0幸

35kg/mm 之で, Tabl e3 に示す 2 種坊の応力振幅について実験をおこなった. 厚板の切欠

き底近 くの模様を Fi g.3に示す.黒い部分が疲労模様,中央部に三 日月型模様,そしてシ

( a)

Phot o.1 A Sc anni ngEl ect r o nFr act o gr apl l S.

(

o 幸1 00kg/mm B ,N/ N/‑7 5 %)

i ,‑ リップ破面模様が観察 された .

pl 1 0払.1は

幸1 0 0kg/ mm

,〟/ Ⅳ′‑75% 後,衝撃 をお こな った時の走査型電子顕 微鏡 に よる破断面模様である. Phot o. 1 ( a) は切欠 き底の両端 に明確な疲労敬面模様 と三 日月 型破面模様 が観察 され,他の部分は衝撃 に よるシ ャー リップ破面模様 が観察 された･Phot o･

1( b)は疲労模様 部分で,Phot o. 1( C )( d) は,それぞれの模様 の境界を 観察 した もので あ る

4 4

ー･2 1 ･ 0 鵬 .Dd o ･ ..O･ o Lu E ー ゝ l ･ 1 ) (N E∈ ＼g )f P

Sa JtS ∈ LO 宅 ⊃ 5 5 5 5 5 5 0 9 8 7 6 5

長野工業高等専門学校紀要 ･第1 1 号

1 0 3 1 04 1 0 5 1 0 6 107

R e p e a t e d C y c l e s N

Fi g.4 Appr oxi mat eSI N Cur e vf orU Not c hTi pSpec i men.

( 8 5 00 C3 0 mi n.0. Q. )

20 40 60 80 1 00 N /Nf(' I .)

Fi g.5 Rel at i o nbet weenDi mens i ons

( l 3 ' L y ) ofFat i gueRegi onand N/Nf .

Tab l e4 Fat i gueI ) e vel o pme ntSpe edsi n t heRe s pec t i veSect i o n.

三 日月型破面は細かいデ ンプル模様を示 し,疲労破面は細かいス トライエーシ ョンが観察さ れた.他の部分はデ ソプル模様が観察された. レプ リカ法に よれば,疲労破面中に多少ス ト

ライエーシ ョンが観察され,特に境界付近 ( 疲労破面 と衝撃によってで きた三 日月型破面) には ファセ ット状の模様が観察された.

これ らの破面模様か ら,特に疲労破面様相に対 し , Fi g.3に示すよ うな xお よび y方向

の疲労進展挙動について調査 した.その結果, Fi g.丘に示す ように ,

o 幸1 00kg/ mm

に

おいては N/ N Jの増加 とともに急な疲労進展 の上 昇を示 し ,N/ N /が60‑7 0%において,

ゆ るやか となる. また

o 幸5 0 kg/ mm

においては, ゆるやかな曲線を示 したが, いずれ も y方向が大 きい傾向を示す.

Tabl e4 は N/ N / の各区間に 対す る疲 労進展速度を示 した ものである.

Fi g. C は N/ Nf と衝撃 との関係を示 した ものであ り, N/ N / の増加 とともに 衝撃エネルギは 減少する 慣向を示 す.

4. 結

省 略

5. 参 考 文 献

5 ム｣32 ー 0 (E ‑6 q)^5右u31Uedt q

x:c y . 引00k gl mr T f o:C Y . ^{i51k g l r n m2}

2 0 40 6 0 8 0 1 00

NIN f(. / ' ) Fi g.6 Rel at i onbet ween l mpac tEner gyand 〟/〃′.

省 略

以上 の研究は昭和5 3 年 5 月, 日本材料学 会 第2 7 期学術講浜会において発表 した時の前刷

集をそのまま報告 した もので, これ らの結果お よび考察は十分でな く,結言 も省略 したが,

詳細については,現在, 日本材料学会に投稿中であるので参照 されたい.