【研究分野】機械材料・材料力学

【研究領域課題番号】21246022 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

信頼性 / 高温強度 / 超合金 / 疲労 / き裂 / コーティング / 損傷修復 / 表面改質 / 応力場誘起拡散接合 / 放電コーティング / 摩擦撹拌接合(FSW) / き裂補修と損傷修復 / しゃ熱コーティング / 疲労強度 / 新密着強度評価法

【研究成果の概要】

本研究では,高付加価値で難補修材料であるNi基超合金製の高温構造部材中に発生したき裂あるいは損傷を補修する手法開発のため,応力場に誘起された拡散現象(摩擦撹拌現象)と表面改質技術の応用によりそれが可能となることを実験的に示した上で,疲労き裂を実験室レベルで実際に補修し,提案手法が有効であること,及び最も効果を発揮する適用使条件を破壊力学的に検討し,これをマップとして提示した.

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2009 - 2011

【配分額】33,280千円 (直接経費: 25,600千円、間接経費: 7,680千円)

【研究分野】機械材料・材料力学

【研究領域課題番号】12355006 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

金属疲労 / フレッチング / 非破壊検査 / ハイブリッド表面改質 / 疲労 / 表面改質 / 表面SH波 / 波形整形法 / 車軸 / フレッチング疲労 / 高速車両用輪軸 / 耐久性向上 / 車軸探傷検査周期 / 検出技術の高精度・高能率化

【研究成果の概要】

(1)高速車両用車軸のフレッチング疲労損傷評価法の確立:変動荷重化におけるフレッチング疲労き裂の進展挙動について,解析・実験的アプローチにより明らかにし,鉄道の高速化に対応したフレッチング疲労損傷度の評価法を確立した.
(2)速車両用車軸のフレッチング疲労き裂の非破壊定量評価法の確立:車軸に発生するフレッチング疲労き裂を,車軸を台車から引き抜かずに探知することが可能でかつ,信頼性の高い検査手法として,表面SH波探傷法を確立すると同時に,新しい信号処理法を開発し微小き裂の定量評価を試みた.
(3)鉄道車両材の実働荷重化の超寿命疲労強度評価法の確立:実働荷重をシミュレートしたプログラム荷重化において,鉄道車軸部材の疲労試験を行い,疲労き裂の発生・進展特性を明確にするとともに,実働荷重化における疲労強度評価手法を確立した.
(4)鉄道車軸材のハイブリッド表面改質による疲労信頼性の向上:車軸表面にフレッチング疲労き裂が発生し難く,また例え発生してもその進展が著しく抑制されるようなハイブリッド表面処理技術の開発を行うと共に,それにより表面強化された車軸材の超長寿命域における疲労信頼性の評価を行った.
(5)高速鉄道車輪材の転動疲労特性向上:車輸を模擬した小型転動疲労試験片を用意し,転動疲労によるはく離のメカニズムを明確にするとともに,はく離の発生が抑制できる表面処理法を開発し,実際に表面強化された車輪材の転動疲労特性の評価を行い,実用化を試みた.
(6)高速車輌用車輪および車軸における探傷周期の適性化:実物の車輪およびサイクル疲労試験を実施し,実際に両者(車輪・車軸)におけるき裂進展特性を破壊力学的観点から定量化するとともに,かかる疲労き裂に対する超音波探傷精度を明らかにし,最適な車軸探傷検査周期を提案した.

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2000 - 2002

【配分額】45,100千円 (直接経費: 39,700千円、間接経費: 5,400千円)

【研究分野】機械材料・材料力学

【研究領域課題番号】09750124 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

疲労 / 表面改質 / 残留応力 / 鉄鋼材料 / 破壊メカニズム

【研究成果の概要】

本研究は,『鉄鋼材料の疲労特性におよぼす残留応力の影響』を定量的に解明することを目的としている.具体的にはまず,種々の大きさの残留応力をもつ疲労試験片を作製するための熱サイクルを開発した.次に,開発した熱サイクルで焼入処理を施した試験片の,疲労強度と破壊メカニズムを詳細に調べることを通じて,構造材料の疲労特性におよぼす残留応力の影響について定量的観点から検討・考察を加えた.
研究成果の概要は以下の通りである.
1. 疲労特性の調査・破壊機構の解析:残留応力のピーク値が異なる試験片を2シリーズ選択し回転曲げ疲れ試験を行い,各シリーズの疲労強度を調べた.その結果,残留応力の大きさに依存して疲労強度は変化することが明らかになった.破断した試験片に対しては,破面のマクロ観察ならびに走査型電子顕微鏡によるミクロ観察を行い,破壊起点部を特定すると同時に疲労破壊機構を明確にした.
2. 総合的考察(破壊起点部位・疲労強度と残留応力の関係):ミクロ・マクロ観察結果に基づき決定した破壊起点部の位置と疲労試験前にそこに存在した残留応力との関連を調べ,破壊の起点と引張残留応力との関連を解明した.また,1.で求めた疲労強度の値と残留応力との関係を詳細に調べ,疲労強度におよぼす残留応力の影響について定量的観点から検討・考察を加えた.

【研究種目】奨励研究(A)

【研究期間】1997 - 1998

【配分額】2,200千円 (直接経費: 2,200千円)

【研究分野】機械材料・材料力学

【研究領域課題番号】07305051 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

疲労 / 表面改質 / 溶射 / 窒化 / ショットピーニング / 浸炭

【研究成果の概要】

本申請課題をより効率的に進めるため,日本機械学会にすでに設置されている,「表面・界面の創成技術と特性評価に関する研究会(主査:清水真佐男)」に,本総合研究のメンバーを中心として,新たに下記の2つの研究小委員会を発足させ,ハイブリッド表面改質処理が疲労信頼性に及ぼす効果について,疲労破壊機解明まで深く掘り下げた実証的研究に取り組んだ.
・小委員会1(委員長:鈴木秀人):ハイブリッド表面改質材の疲労信頼性向上に関する研究小委員会
・小委員会2(委員長:木村雄二):プラズマ溶射皮膜の特性評価に関する研究小委員会
また,平成7年9月28日に開催された茨城講演会で,当総合研究のメンバーを中心としてオ-ガナイズドセッション「ハイブリッド表面処理による強度信頼性向上の発現(オ-ガナイザ;鈴木秀人(茨城大学),木村雄二(工学院大学),武藤睦治(長岡技術科学大学))」を開催した.研究分担者によるこれまでの研究成果発表と4件の基調講演を行い,ハイブリッド表面改質に関わり特に今後早急に解決すべき問題について焦点を絞り討論を行った.
さらに,平成9年1月16日には,慶應義塾大学において研究成果の総括を目的とした研究討論会を実施し,下記の項目について議論を行い,今後行うべき課題についてまとめた,以下に討論した議題を記述する.
1.マイクロパルスシステムによる表面焼入れ材の疲労信頼性について
2.「P-S-N球儀」による表面改質部品の疲労信頼性設計につて
3.浸炭異常層を除去した高濃度浸炭鋼の疲労強度評価法につて
4.遮熱コーティング材の熱サイクル損傷と遮熱特性について
5.イオン窒化とTiN被覆によるハイブリット表面改質鋼の疲労強度特性について

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】1995 - 1996

【配分額】2,400千円 (直接経費: 2,400千円)