高強度合金の低温疲労において形成する転位下部組織と応力集中のモデル化

高强度合金低温疲劳过程中形成的位错亚结构和应力集中建模

基本信息

批准号：
10J00088
负责人：
盛田元彰
金额：
$ 0.9万
依托单位：
Yokohama National University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2010
资助国家：
日本
起止时间：
2010 至 2011
项目状态：
已结题

项目摘要

代表的な高強度金属材料において観察される内部疲労破壊について、これまでの研究をまとめ、モデルを発展させた。また、耐疲労破壊設計指針を提案した。繰返し回数が増すにつれて、ある部位の局所応力(内部応力場)が大きくなり、それを解放するために新たな塑性変形、あるいは割れが生じる。実験と解析結果より、引張内部応力場は{0001}上に蓄積容易であると分かった。その方位は起点部として報告されている結晶面と一致する。一方、せん断内部応力場は、起点部と報告されている{0001}面上ですべり集中を誘起し、転位を導入する。以上の結果から微小き裂は、特定のすべり面上に導入されるすべり集中(転位群=欠陥)を局所的な引張内部応力場が開口応力することにより生じると指摘した。転位列長さが長くなるほど、局所応力は大きくなる。そこで、堆積長さを短くして、局所応力の最大値を小さくするために、加工熱処理による結晶粒の微細化をnear-α型Ti合金のモデル材に施した。ただし、加工材は繰返応力軸方向に{1010}垂直方向が配向した集合組織を有する。モデル材と加工材の疲労特性を293Kと77Kで評価した結果、293Kで、モデル材と比較して加工材の高サイクル疲労強度は約10%上昇した。一方、77Kでは高サイクル疲労強度は向上しなかった。77Kで破断した試験片の内部疲労き裂発生点は、同一結晶面で割れた結晶粒{1010}が集合しており、集合組織の影響を反映している。したがって、局所応力集中低減による微視割の抑制のみならず、微小き裂の進展を阻害することも必要である。内部疲労き裂発生を回避して高サイクル疲労強度向上を図るには、マクロスケールでの塑性変形の均一化を得るように転位の堆積長さを短くする結晶粒の微細化の他に、集合組織の影響のない結晶方位のランダム化が求められる。

先前的研究已经编译，并且已经开发了有关在典型的高强度金属材料中观察到的内部疲劳失败的模型。我们还提出了抗疲劳裂缝设计指南。随着重复的数量的增加，一定面积的局部应力（内部应力场）增加，新的塑性变形或裂纹会释放它们。实验和分析表明，拉伸内部应力场很容易在{0001}上积聚。方向与报道为起点的晶面重合。另一方面，剪切内应力场在{0001}表面上诱导滑移浓度，该表面报道为起源点，并引入了位错。从上面的结果中可以指出，微裂纹是由局部拉伸内部应力场的开口应力引起的，该应力涉及引入特定滑动表面上的滑动浓度（位错=缺陷）。位错长长度越长，局部应力越大。因此，为了缩短沉积长度并减少最大局部应力，通过加热处理，将接近α型Ti合金的模型材料受到较细的晶粒。但是，处理的材料具有纹理，其中垂直方向在循环应力轴的{1010}方向上定向。与模型材料相比，在293K和77K处评估了模型材料和加工材料的疲劳性能，在293K和77K处评估了处理后材料的高周期疲劳强度增加了约10％。另一方面，高周期疲劳强度并未在77K处提高。在77K处骨折的样品的内部疲劳裂纹起始点是在同一晶体平面上破裂的聚集的晶粒{1010}，反映了质地的影响。因此，不仅有必要通过降低局部应力浓度来抑制微量立场，而且还必须抑制小裂纹的生长。为了避免内部疲劳裂纹产生并改善高周期疲劳强度，除了晶体晶粒的微型化外，还缩短了位错的沉积长度，以在宏观上获得塑性变形的均匀性，而不需要质地影响晶体取向的随机化。