高強度鋼の超高サイクル疲労強度特性に及ぼす高真空および不活性環境の影響

高真空和惰性环境对高强钢超高周疲劳强度性能的影响

基本信息

批准号：
09750089
负责人：
中村孝
金额：
$ 1.41万
依托单位：
Hokkaido University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
财政年份：
1997
资助国家：
日本
起止时间：
1997 至 1998
项目状态：
已结题

项目摘要

低温焼戻鋼やADI,Ti合金などの高強度金属の疲労において,繰返し数10^7以上の超高サイクル域で疲労限度が消失する挙動が報告されつつある.これは材料の内部を起点とする特殊な破壊形態に起因するとされているが,その機構はわかっていない.本研究では,内部疲労破壊への影響因子として,材料内部の環境に注目した.即ち,材料内部環境を模擬するために高真空中での疲労試験を行ない,真空中の疲労特性および破壊挙動と内部破壊の類似点,相違点をフラクトグラフィを基に検討した.初年度は高真空疲労試験装置の開発と評価を行なった.その結果,真空圧力0.9×10^<-6>Pa,荷重容量50kN,繰返し速度40Hzの性能を確認した.次年度は,2000MPa級高強度鋼(SNCM439,SCM435)およびTi-6Al-4Vを用いて,真空および大気中での疲労試験と破面解析を行なった.いずれの材料も高応力短寿命域で表面破壊を生じた後,低応力長寿命域で内部破壊を生じ,明瞭な疲労限度を示さなかった.表面破壊の寿命は,真空中では大気中に比べ大幅に改善されたが,Ti-6Al-4Vの内部破壊の寿命は環境によって変わらなかった.つまり真空環境は表面破壊には影響を与えるが,内部破壊には影響を与えないことがわかった.破面解析によれば,組織敏感なステージ2aき裂進展領域に,真空中の表面破壊と大気中の表面破壊で明瞭な差が確認され,内部破壊と真空中の表面破壊で顕著な類似が認められた.大気中では破面粗さが粗く,組織の痕跡が明瞭なのに対し,真空中および内部破壊ではそれらは不明瞭であった.ステージ2aからステージ2bへの遷移条件も内部破壊は真空中の表面破壊とほぼ等しいことがわかった.以上から内部破壊が超高サイクル域で生じる理由の一つとして,材料内部の環境が真空環境に近く,き裂進展速度が大気中より遅いためであることが推測された.

据报道，在低温回火钢、ADI、Ti合金等高强度金属的疲劳中，在10^7次以上的超高循环范围内，疲劳极限消失。这种现象是从内部开始的。据说这是由一种特殊形式的破坏造成的。然而，在这项研究中，我们主要关注材料内部的环境作为内部疲劳失效的影响因素，换句话说，我们在高真空中进行了疲劳测试，以模拟材料的内部环境。 . 真空中的疲劳性能和断裂行为。我们基于断口分析研究了动态断裂和内部断裂的异同。第一年，我们开发并评估了高真空疲劳试验装置。结果，我们发现真空压力为0.9×10^<-6 >Pa，负载能力50kN，重复频率40Hz次年，我们使用2000 MPa级高强度钢（SNCM439、SCM435）和Ti-6Al-4V在短应力寿命范围内进行了疲劳试验和断口分析。断裂发生后，内部断裂发生在低应力长寿命区域，未表现出明显的疲劳极限。真空中表面断裂寿命较空气中明显提高，但Ti-6Al-4V内部击穿寿命不随环境而改变。换句话说，发现真空环境影响表面断裂，但不影响内部断裂。根据断裂表面分析，真空中的表面断裂发生在微观结构敏感阶段2a裂纹扩展区域，证实了与表面破坏的明显差异。在大气层和,真空中的内部断裂和表面断裂之间观察到显着的相似性。在空气中，断裂表面粗糙且结构痕迹清晰，而在真空和内部断裂中，从2a阶段到2a阶段的过渡条件不明确。 2b 也是结果发现，真空中内部断裂与表面断裂几乎相同。由上可知，在超高循环范围内发生内部断裂的原因之一是材料内部的环境接近真空环境，并且推测这是因为裂纹扩展速度比大气中的裂纹扩展速度慢。