金属材料の破壊機構とその解析方法

金属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) である。
フラクトグラフィとは、目視等でのマクロ観察や、電子顕微鏡等でのミクロ観察によって破面を観察および解析し、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、亀裂の進展方向・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. 破面解析とは
   1. 破面解析の重要性
   2. 破面解析で解ること
2. 破面マクロ観察
   1. マクロ観察で推定できる項目と着眼点
   2. マクロ観察での破損原因推定 (疲労破壊・応力腐食割れ・水素脆などの判定)
   3. マクロ的な破面の模様の解説と読み取り方 (ラチェット模様・ビーチマーク・放射状模様など)
3. 金属の代表的な破壊
   1. 延性破壊とディンプル破面の見方
   2. 脆性破壊のマクロ的特徴とミクロ的様相
   3. 疲労破壊の解説とストライエーション形成機構
      1. 疲労破壊実例の紹介
      2. 疲労破壊に影響をおよぼす項目
   4. 応力腐食割れの破面およびき裂の断面形状
   5. 水素誘起割れ (遅れ破壊) 破面観察と破壊様相
   6. その他破壊機構の紹介 (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
   1. 破面観察手順
   2. 破面観察方法
      1. 亀裂位置の確認
      2. 破面試料の採取方法
      3. 破面洗浄方法
      4. 観察機器の紹介
   3. 疲労破面の応力および繰返し数推定方法
5. 破損原因調査事例紹介
   • ドラム軸の疲労破壊
   • 大型ステンレス回転軸の疲労破壊
   • 軸溶接部の疲労破壊
   • ばね座金の水素脆性
   • コイルばねの疲労破壊
   • 転造ボルトの疲労破壊
   • 送風機回転翼の疲労破壊
   • ナックルの疲労破壊
   • ステンレス鋼管の応力腐食割れ
   • ステンレス配管鋳物品の鋳造欠陥
   • 低合金ボルトの水素脆性
   • ギヤシャフトの疲労破壊
   • 大型シャフトのフレッティング疲労破壊
6. まとめ (破損原因別の破損状況分類)
• 質疑応答