破壊力学と疲労
表面が滑らかな金属材料に、降伏応力より低い応力振幅を繰り返しかけたときの疲労き裂の発生についての説明として正しいものはどれか。
- A表面は酸化皮膜で守られているので、材料の中心付近の内部から発生することがほとんどである
- B降伏応力より低い応力では転位がまったく動かないので、き裂は発生せず無限に耐える
- C表面近くの結晶粒で局所的なすべりが繰り返され、表面の入り込みと突き出しが起点になる
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正解：C. 表面近くの結晶粒で局所的なすべりが繰り返され、表面の入り込みと突き出しが起点になる
降伏応力より低い応力振幅でも、表面近くの向きのよい結晶粒では局所的なすべりが起こり、繰り返すうちに固執すべり帯ができます。すべりは往復しても完全には元に戻らないので、表面に入り込みと突き出しという微小な凹凸が生じ、それが切欠きとなってき裂が発生します。表面は拘束が弱いうえ、傷や腐食があり、曲げやねじりでは応力も最大になるので、多くの疲労き裂は表面から始まります。内部からの発生は、高強度鋼の超高サイクル域で介在物が起点になる場合などに限られます。転位がまったく動かないわけではないので、降伏応力より低くても疲労破壊は起こります。