4/15 金属材料の破壊、破損メカニズムとその解析法

日鉄テクノロジー(株) 

研究試験事業所 エネルギー・材料ソリューション部 エネルギー・環境技術室 主幹　

阿座上 静夫　氏

　機械部品の破壊原因を推定する場合、最も有効であるとされる手法の一つが、フラクトグラフィ（破面解析）と呼ばれる技術である。フラクトグラフィとは、破面全体を巨視的に観察するマクロ観察と、電子顕微鏡等でのミクロ観察によって、破損原因を推定する手法である。破壊品の破面を解析することによって、疲労破壊や応力腐食割れといった破壊機構や、き裂の進展方向・負荷状況を推定することが可能であり、条件が揃えば応力の大きさも推定可能とされる。一方で、金属の破壊機構は多数有り、破面の様相からその破壊機構を推定するには、ある程度の経験・技術・知識が必要となる｡

　今回のセミナーでは、実際の破面写真を例に、疲労破壊や応力腐食割れなどの代表的な破壊機構や破面の見方を解説する。さらに、破面観察の作業の手順や使用機器についても説明を行い、初歩的なフラクトグラフィ技術の理解を目的とする。

１．金属材料の基礎的事項
　・多結晶構造
　・結晶格子
　・引張試験
　・弾性変形と塑性変形
 
２．破面のマクロ観察
　2.1 破面のマクロ観察
　2.2 破壊原因の推定
　　・疲労破壊
　　・応力腐食割れ
　　・延性破壊
　　・脆性破壊
　2.3 起点位置および進展方向の推定
　　・ステップ（ラチェット模様）
　　・ビーチマーク
　　・放射状模様
　2.4 負荷の大きさについて
　　・変形の程度
　　・最終破断部

３．金属の代表的な破壊
　3.1  延性破壊
　　・等軸ディンプル
　　・伸長形ディンプル
　3.2 脆性破壊
　　・へき開破面
　　・リバーパターン
　3.3 疲労破壊
　　・疲労破壊に影響する諸因子
    　　材料強度・残留応力・平均応力・応力集中・寸法効果・フレッティング
　　・低サイクル疲労と高サイクル疲労
　　・ストライエーションと形成機構
　　・タイヤトラック
　　・内部起点（フィッシュアイ）
　　・コイルばねの疲労破壊
　　・転動疲労
　　・溶接部の疲労破壊
　　・疲労破壊の実例等
　　・鉄鋼以外の疲労破壊（鋳鉄・アルミダイカスト・亜鉛ダイカスト）
　3.4 応力腐食割れ
　　・材料と環境
　　・粒内破壊と粒界破壊
　　・断面でのき裂進展状況
　　・ステンレス鋼・炭素鋼
　　・銅合金　アルミニウム合金
　3.5 水素脆性（遅れ破壊）
　　・水素脆性（遅れ破壊）概略
　　・拡散性水素と非拡散性水素
　　・代表的破面のＳＥＭ画像
　　・類似する破面との比較
　3.6 その他の破壊機構
　　・液体金属脆性割れ・焼き割れ・脱亜鉛腐食
 
４．破面観察の手順と方法
　4.1 破面観察手順
　4.2 破面観察方法
　　・き裂位置の確認
　　・破面試料の採取方法
　　・破面洗浄方法（錆除去方法）
　　・観察すべき位置
　4.3 疲労破面の定量解析
 
５．破損原因調査事例紹介

□ 質疑応答 □

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