AbstractA new type of cryogenic fatigue test machine has been installed at the National Research Institute for Metals, Tsukuba Laboratories. A closed-loop helium recondensation system enables long-term fatigue tests of structural materials in liquid helium. Significant temperature rise occurs in a specimen during fatigue tests at liquid-helium temperature. We carried out measurements and an analysis of the specimen temperature rise to identify the appropriate testing conditions in liquid helium for typical austenitic stainless steels, titanium alloys and OFHC Cu. High cycle fatigue tests were performed for the titanium alloys and austenitic stainless steels. The S-N curves shifted to higher stress or longer life with decrease in test temperature. In cryogenic fatigue for titanium alloys and nitrogen-strengthed austenitic steels, subsurface crack initiation apparently occurs without the existence of any defects such as inclusions or pores. The micromechanism of subsurface crack initiation and deformation behavior of those alloys in liquid helium were investigated and discussed.
金属材料技術研究所筑波支所に新型極低温疲労試験機を設置した。密閉循環式ヘリウム再凝縮システムにより、液体ヘリウム中での構造材料の長期疲労試験が可能となった。液体ヘリウム温度での疲労試験中に、試験片に有意な温度上昇が生じる。代表的なオーステナイト系ステンレス鋼、チタン合金、および無酸素銅について、液体ヘリウム中での適切な試験条件を特定するため、試験片の温度上昇の測定と解析を実施した。チタン合金およびオーステナイト系ステンレス鋼について高サイクル疲労試験を実施した。S-N曲線は、試験温度の低下に伴い、より高い応力またはより長い寿命側へシフトした。チタン合金および窒素強化オーステナイト系ステンレス鋼の極低温疲労において、介在物や気孔などの欠陥が存在しないにもかかわらず、亀裂は試験片表面下で発生する。液体ヘリウム中におけるこれらの合金の表面下亀裂発生の微視的機構と変形挙動について調査し、考察した。