助成研究成果報告書Vol33

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D , ,noisnemDnoisnemD latcarF latcarFDi2123Di678145001046Di1001046DiD2123 00 , / σ ,ssertSnoisnemDaPMaPM/ ,ssertS latcarF , / σ ,ssertS ,ssertSnoisnemDaPMaPM/ latcarFNf = 2602Strain, ε (%)2Strain, ε (%)604020-20-40-60-1-0.50.5Strain, (%)604020-20-40-60-1-0.5Strain, (%)0.52.152.12.05604020-20-40-60-6-4-2604020-20-40-60-6-4-22.152.12.0500.5Creep Strain Amplitude, Δεcr(%)2.152.12.0502.152.12.050Ratio Δεpl / Δεcr2.6010Δ0.5図7 Fast-SlowとSlow-Fastでの フラクタル次元の比較 (a) 応力-ひずみ関係 (b) ひずみ解析結果 図8 試験条件7（Fast-Slow）での 応力-ひずみ関係とひずみ解析結果 (a) 応力-ひずみ関係 (b) ひずみ解析結果 図9 試験条件8（Slow-Fast）での 応力-ひずみ関係とひずみ解析結果 3・2 塑性・クリープひずみとフラクタル次元の関係 報告者は，緒言で述べたように，Fast-SlowとSlow-Fastによる繰返し負荷でSACはんだに生じる塑性ひずみとクリープひずみの発達挙動を，階段負荷試験を実施して解析している．その解析例として，表1の試験番号７と8の負荷における解析結果を，図8と9にそれぞれ示す．各図で，(a)は解析対象とした5サイクル分の応力-ひずみ曲線，(b)はその解析結果である．図8(a)から，Fast-Slowによる応力-ひずみ曲線は，引張側の応力レベルが圧縮側よりも高い非対称のループ形状となることがわかる．一方， 図8(a)の引張側と圧縮側の速度を入れ替えた，Slow-Fast条件による図9(a)の応力-ひずみ曲線は，圧縮側の応力レベルが引張側よりも高いループ形状となっている．このように，ヒステリシスループ形状が上下を入れ替えたようになるFast-SlowとSlow-Fastの条件では，塑性ひずみとクリ図10 フラクタル次元とクリープひずみ振幅Δεcrの関係Δεpl図11 フラクタル次元と塑性ひずみ振幅Δεplの関係 Δεcr図12 フラクタル次元とΔεpl / Δεcrの関係 ープひずみの発達挙動も反対の傾向を示す．すなわち，図8(b) と図9(b)からわかるように，Fast-Slow（図8(b)）での塑性ひずみとクリープひずみの発達方向は，それぞれ，引張側と圧縮側であるのに対し，Slow-Fast（図9(b)）ではその逆となっている． 表1で示した通り，Fast-SlowとSlow-Fast によるSACはんだの疲労寿命は，ひずみ振幅と周期が同一でもSlow-Fastの方が短寿命となる．SACはんだの変形が示すひずみ速度依存性は，非弾性ひずみ中のクリープひずみ成分に支配されるため，疲労寿命が示すひずみ速度依存性もクリープひずみに関連している可能性がある．このことから報告者は，疲労き裂が開口する引張側で生じるクリープひずみと疲労寿命の相関関係を調査した2)，3)．そこでは，5サイクル目の引張側で生じたクリープひずみに相当する，図8(b)と図9(b)でΔεcrと表すクリープひずみ振幅と/Δ1.0910(Δ2plplcr)2.13Sn-3.0Ag-0.5Cu at 295KTime period (tensile side) = 4 sTime period (tensile side) = 4 sTime period (compressive side) = 400 sTime period (compressive side) = 400 sTime period (tensile side) = 400 sTime period (tensile side) = 4 sTime period (compressive side) = 400 sTime period (compressive side) = 4 sNf = 44Sn-3.0Ag-0.5Cu at 295K: Fast-Slow:Slow-FastTest Number: Creep strain: Plastic strainSn-3.0Ag-0.5Cutt= 4 s, tc= 400 sat 295K: Creep strain: Plastic strainSn-3.0Ag-0.5Cutt= 400 s, tc= 4 sat 295KΔεcrΔεpl2.13|r| = 0.1421.5|r| = 0.7551.5Plastic Strain Amplitude, Δεpl(%)|r| = 0.713− 161 −