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擬へき開と粒界破壊の破断原因について調査
- 擬へき開破面と粒界破壊が破断原因となっている破面について調査しています。
- 中性子の照射、水素の拡散侵入、熱疲労などが脆化の原因と考えられます。
- しかし、脆化がどの場合でも発生する具体的な原因はまだ解明されていません。
- 金属
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全体としては擬へき開破面ということは延性の低い高強度の材料なので しょう。 粒界破面になるということは焼戻し脆化や水素脆化など、粒界が弱くなる 現象が起きていることになります。但し、例えば焼戻し脆化で言えば、 Ｐなどの不純物が粒界に集積するために起こるわけですが、Ｐ量が高けれ ば全面が粒界破面になりますが、ある程度低ければ全面が粒界破面になる までには至らず、部分的に粒界破面になることになります。 要は、色々な原因で脆化が起こったとしても、必ずしも即全面が粒界破面 になるわけではないということです。脆化のレベルにより、粒界破面が部 分的になることは十分ありえることです。 原因の解明には、まず粒界破壊が起こる可能性のある原因（素材成分、熱 処理履歴、製造履歴、使用条件）を検討する必要があります。
小生の諸先輩からの話しを小生が勝手に解釈している内容ですが、 ＊『静荷重』；一定の荷重が長期に掛かる ＊『繰返し荷重』；0～100％の圧縮又は引張等の変化する荷重が掛かる ＊『交番荷重』；-100～100％の引張（-100％は圧縮になる）荷重が掛かる ＊『衝撃荷重』；短時間に100％の力が掛かる にて、降伏点（耐力）の応力以下でも破壊が発生する。 これは、結晶の配列（筋目）等の要因で、 ※ 極小部 、※ 点在 箇所に応力集中が発生し、極小破壊や変形が発生生 すると、其処にまたより大きな応力が発生し、極小破壊や変形が成長して より大きくなり、最後には破壊する。 この“極小破壊や変形発生”が起きない様に、各荷重に於いて『安全率』が 設定され、（降伏点/耐力）÷ 安全率 ⇒ 許容応力の管理している。 切削加工より、鍛造加工の方が強度が強いのは、“結晶の配列（筋目）”が 良い事が要因となっています。 人の筋肉は、極小点在破壊が発生して、筋肉痛になっても、そこからより 太い筋繊維が修復され、マッチョ等になりますが、鉄鋼等の部品は 極小点在破壊が発生すると命取りになります。 また、寿命も経年効果で結晶等が転位し、前述の要因の一つとなり、 破壊の連鎖のキッカケとなります。<脆性も同様です> また、判り難い内容で申し訳無い。
他の回答者さんも回答している様に、 破断方向の応力と結晶等の方向性と考えられます。 例えが、的を得ていないとは思いますが、運動後に筋肉痛になるのは、 筋肉繊維が局部局部で切れ（断裂）その痛みが原因。 それは、弱い部分から切れていきます。 そして、弱い部分が集中し、切れた状態で更に大きな力が加わった時、 大きな破断が発生して、肉離れ等の内部裂傷となります。 その過程に良く似ていると、小生は理解しています。 また、負荷の掛かり方が、 『静荷重』『繰返し荷重』『交番荷重』『衝撃荷重』等々でも 前述の現象が個々の数値で発生し、安全率を取ると理解しています。 変なアドバイスで、申し訳有りません。
擬劈開破面に粒界破面が点在している理由は引張り応力の 方向と結晶粒の面（粒界）が一致していたとも考えられます。 また、組織形態とも関連があると思います。 なお、材質や熱処理の他、破壊したときの状況や環境などが わかればもう少しアドバイスできるかと思います。 ご質問の内容だけでは必ずしも局部的な脆化とは言えません。 中性子照射脆化を懸念されていると言うことは、原子炉材料と言うことで しょうか？ 仮に材料が低炭素鋼やステンレス鋼などで破面が擬劈開破面あった場合、 低温環境での破壊ではないとすれば、材料自体が中性子照射などで脆化し ていたと考えられます。 また、局部的に粒界破面の形成は、先の回答以外に中性子照射で粒界への元素偏析や微小空隙の発生などが起こった可能性はあります。 何れにしても破面観察以外の分析・調査が必要になってくると考えます。 以上、参考になれば幸いです。
お礼
ご回答ありがとうございます。 もし、局部的な脆化だとすれば、どのような環境が考えられますでしょうか？例えば、中性子照射によって脆化した場合、均一に照射されれば、破面の形態も一様になってしまうと思います。 よろしくお願いします。
お礼
アドバイスありがとうございます。 回答の内容が理解できているか分からないのですが、つまり、クリープ現象のような原因で粒界に亀裂が発生、成長し、クリープによって完全に破壊されるまえに大きな荷重がかかって破壊されたということでしょうか？また、亀裂が成長、合体をいていくと思うのですが、粒界の大きさが１つ１つ違えば、小さい粒界から亀裂は合体していくのでしょうか？ 素人な意見で申し訳ありません。