レーザ照射を応用した疲労損傷修復技術の開発

激光辐照疲劳损伤修复技术的开发

• 批准号: 05750098
• 负责人: 小茂鳥 潤
• 金额: $ 0.58万
• 依托单位: Keio 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: 1993
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1993 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-05750098/
• 关键词: 疲労強度; レーザ処理; 疲労損傷; 残留応力; き裂開口変位; S-N曲線

レーザ照射による表面硬化法は,自己冷却作用を利用して急冷硬化するため特別の冷却剤を必要としないこと,局所的に短時間に処理できること等の種々の特徴を有している.また,光学系を用いて処理装置の端末部を移動させることができるため,稼働中の機械・構造システムに対して設置状態のままで焼入れ処理を施すことが可能である.従って,この方法を応用して構造材料の疲労損傷を修復できれば,非常に簡便かつ経済的に機械・構造システムの疲労破壊事故を防止することができる.このような観点から申請者らはこれまでに,予き裂材の疲労強度に及ぼすレーザ処理の効果について検討を行い,その結果,予き裂全体がレーザ焼入れ領域に内包されるような場合には,予き裂材の疲労強度は平滑材の疲労強度レベル近傍まで上昇することを明らかにした.本研究はレーザ処理による疲労損傷修復機構について破壊力学的観点から検討を加えることを目的とし,残留応力ならびにき裂開口変位の測定を行った.その結果得られた結論を以下に示す.1.レーザ焼入れを施した領域には300〜400Mpa程度の圧縮の残留応力が生ずる.これは,レーザ照射領域のマルテンサイト変態に伴う体積膨張に起因する.2.予き裂がレーザ焼入れ領域に内包される場合には,前述の圧縮残留応力によりき裂先端が閉口する.その結果,レーザ焼入れを施されたき裂は,繰返し負荷のもとで進展せずに停留する.このような場合には,疲労強度上昇効果が認められる.3.一方,予き裂寸法が比較的長い場合には,予き裂の先端はレーザ焼入れを施した場合においても閉口しない.この場合には,予き裂は停留せず引き続き進展し最終破壊を導く.

激光照射的表面硬化方法具有各种特征，例如不需要特殊的冷却剂用于快速冷却和硬化，以及在短时间内局部治疗的能力。此外，由于可以使用光学系统移动处理设备的终端部分，因此可以在仍在位置的同时将淬火处理应用于机器和结构系统。因此，如果可以使用此方法来修复对结构材料的疲劳损害，则可以非常方便且经济地阻止机械和结构系统的疲劳失败。从这个角度来看，申请人先前已经研究了激光处理对倒影材料的疲劳强度的影响，因此，他们透露，当整个倒影物包含在激光淬灭的区域中时，倒影材料的疲劳强度就会增加疲劳强度水平的疲劳强度水平。这项研究的目的是从骨折力学的角度研究激光处理的疲劳损伤修复机制，并测量了残留的应力和裂缝开口位移。结果如下所示：1。残留应力，压缩约300-400 mPa发生在激光淬灭区域中。这是由于激光辐照区的马塞塞利志转化引起的体积膨胀所致。 2。倒影被封装在激光淬灭区域中。在这种情况下，由于上述压缩残留应力，裂纹尖端将关闭。结果，在重复载荷下不会出现激光猝灭的裂纹，并且将保持在疲劳强度会增加的状态。3。另一方面，如果倒影尺寸相对较长，那么即使应用激光淬火，倒影的尖端也不会关闭。在这种情况下，该倒影将不会继续发展并导致最终的断裂。