Subsurface Crack Initiation and Propagation Mechanism under the Super-Long Fatigue Regime for High Speed Tool Steel (JIS SKH51) by Fracture Surface Topographic Analysis

Abstract

In order to study the subsurface crack initiation and propagation mechanism of high strength steel under a very high cycle fatigue regime, computational simulation with fracture surface topographic analysis (FRASTA) was carried out for subsurface fatigue crack initiated specimens of high speed tool steel (JIS SKH51) obtained from the rotating bending fatigue test in air. A remarkable area formed around the nonmetallic inclusion inside the fish-eye region on the fracture surface, which is a feature on the fracture surface in super long fatigue. This so-called GBF (granular-bright-facet) was observed in detail by a scanning probe microscope and a three-dimensional SEM. The GBF area, in which a rich carbide distribution was detected by EPMA, revealed a very rough and granular morphology in comparison with the area inside the fish-eye. It was clearly simulated by FRASTA that multiple microcracks were initiated and dispersed by the decohesion of a spherical carbide from the matrix around a nonmetallic inclusion, and converged into the GBF area during the fatigue process. After the formation of the GBF area, interior cracks grew radially and a fish-eye pattern formed on the fracture surface.

Through thickness property variations in friction stir welded AA6061 joint fatigued in very high cycle fatigue regime

“…For this reason, a lot of work has been performed on the crack initiation mechanisms in qualitative and quantitative ways [26][27][28]. In this section, the fatigue crack initiation and propagation mechanisms will be discussed for a better understanding of the fatigue failure of FSW joint.…”

Effect of Loading Mode on Very High Cycle Fatigue Properties of High Speed Steel

“…(1)~ (23) となる．なかでも，超高サイクル域で内部 き裂の起点となった介在物周囲には凹凸の大きい特異な領域が観察され，著者らの一人は GBF（Granular-Bright -Facet）と命名し， 「微細炭化物の離散剥離説」を提案してきた (24), (25) ．疲労破壊形態は応力振幅・疲労寿命によっ て，表面介在物をき裂発生起点とする表面き裂発生型破壊（S 型破壊） ，GBF 領域を形成しない内部介在物をき…”

Effect of Nitriding on Very High Cycle Fatigue Properties of Developed High Speed Steel

“…(1)~ (17) ．これは高応力振幅・短寿命域における表面破壊か ら，低応力振幅・長寿命域における内部介在物を起点とした内部破壊に破壊機構が変化することによって生じ， 通常 10 6 ～10 7 回程度で現れる疲労限度が消失する現象である．したがって，機械・構造物の安全性や信頼性を確 保した疲労設計と保守・管理技術の確立のためには，10 7 回を越える超高サイクル域で生じる内部破壊の機構を解 明することが重要な課題であり，これまでに多くの研究が行われてきた (18) ．超高サイクル域で生じる内部破壊の 起点となった介在物周囲には凹凸の大きな粒状の領域，GBF（Granular Bright Facet）が観察され，塩澤らはこれ までに GBF 領域形成の機構として「微細炭化物の離散剥離説」を提案してきた (19), (20) ．また，この領域の形成が 超高サイクル域の疲労破壊を支配することを指摘してきた．内部介在物周囲に形成される特異な領域およびその 形成機構は塩澤らによるものの他，村上ら (21), (22) は ODA と命名して介在物周囲にトラップされた水素の影響と繰 * 原稿受付 2010 年 12 月 2 日 *1 学生員，富山大学大学院理工学教育部（〒930-8555 3190） *3 正員，フェロー，富山大学大学院理工学研究部 *4 正員，金沢工業大学基礎教育部（〒921-8501 石川県石川郡野々市町扇が丘 7-1） *5 (株)不二越マテリアル事業部（〒931-8511 3-1-1） E-mail: shiozawa@eng.u-toyama.ac.jp …”