(57)【要約】【課題】材料を加熱した後に急速冷却する熱処理を想定し、急速冷却時の試験片の変形量を逐次測定可能とし、その変形量から変態塑性係数を同定することができる変態塑性係数試験装置を提供する。【解決手段】加熱炉２と、上記加熱炉内に配置された試験片１４と、上記加熱炉内に冷却用ガスを供給し、その加熱炉で加熱された上記試験片を急冷する冷却用ガス供給手段３，４，５と、上記試験片の温度を測定する温度測定手段と、冷却進行中の上記試験片に荷重を付与する荷重付与手段１１ａ，１１ｂ，１５と、冷却進行中の上記試験片の変形量を逐次測定する変形量測定手段１９とを備えてなることを特徴とする。【選択図】図１
2010281719.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱炉と、
上記加熱炉内に配置された試験片と、
上記加熱炉内に冷却用ガスを供給し、その加熱炉で加熱された上記試験片を急冷する冷却用ガス供給手段と、
上記試験片の温度を測定する温度測定手段と、
冷却進行中の上記試験片に荷重を付与する荷重付与手段と、
冷却進行中の上記試験片の変形量を逐次測定する変形量測定手段とを備えてなることを特徴とする変態塑性係数試験装置。
【請求項２】
上記試験片は二点で支持されるとともに、上記荷重付与手段として開閉動作する可動プレートを有し、この可動プレートは、開動作した際に、上記試験片の中央から錘を垂下させて上記試験片に負荷を与え、閉動作時にはその錘を支えて上記試験片を無負荷にするように構成されている請求項１記載の変態塑性係数試験装置。
【請求項３】
上記冷却用ガス供給手段として、不活性ガスを貯溜する冷却用ガスタンクと、その冷却用ガスタンク内の不活性ガスを上記加熱炉内に導入する冷却ダクトとを有する請求項１記載の変態塑性係数試験装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の変態塑性係数試験装置によって測定された、急冷進行中の上記試験片の変形量および上記試験片の温度に基づいて変態塑性係数を計算する演算装置が上記変態塑性係数試験装置に付加されていることを特徴とする変態塑性係数試験装置。
【請求項５】
試験片を加熱炉に配置して加熱し、
加熱後の上記試験片を冷却用ガスを用いて急冷し、
急冷進行中の上記試験片に荷重を付与し、
急冷進行中の上記試験片の変形量を逐次測定し、測定された上記試験片の変形量および上記試験片の温度に基づいて変態塑性係数を同定することを特徴とする変態塑性係数同定方法。
【請求項６】
上記試験片の全歪εを下記式(１)によって定義し、
【数１】
2010281719.tif 000015
ただし、εｅ：弾性ひずみ、εｐ：塑性ひずみ、εｃ：クリープひずみ、εＴ：熱ひずみ、εｔｒ：変態塑性ひずみ、ドット記号は時間微分を示す。
各ひずみεｅ，εｐ，εｃ，εＴを一般的な構造解析により求め、
変態塑性ひずみεｔｒを下記式(２)によって定義し、
【数２】
2010281719.tif 000016
ただし、ξ：体積分率、σ：相当応力、ｎ：定数、Ｋ：変態塑性係数
上記試験片急冷時に測定される全歪εからεｔｒを計算し、
計算で求められたεｔｒを上記式（２）に代入するとともに、ξ、σを既知数、変態塑性係数Ｋを未知数として変態塑性係数Ｋを同定する請求項５記載の変態塑性係数同定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、相変態を伴う冷却または加熱過程における材料の変態塑性ひずみを測定し、物性値である変態塑性係数を同定するための試験装置に関するものであり、さらに詳しくは、熱変化に伴う材料のひずみ挙動と、その原因となる相変態の情報をリアルタイムで取得することによって材料の「変態塑性係数」を同定するための変態塑性係数試験装置および変態塑性係数同定方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
冷却または加熱を伴う製品の変形予測、応力予測技術は、製品管理、製造工程管理上重要な課題であり、冷却または加熱を伴う材料の強度特性については従来から引張試験、圧縮試験等によって測定されてきた。
【０００３】
しかしながら、相変態温度域の強度特性に関しては、変態に伴って生じる膨張または圧縮のひずみと、変態進行時に外荷重を受けることによって生じる変態塑性ひずみとを分離することが困難であった。
【０００４】
一方、上記した従来の測定方法における欠点を解消し、簡便な方法でしかも相変態時の膨張または圧縮のひずみを無視し得る変態塑性ひずみ推定方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
この特許文献１に記載の変態塑性ひずみの推定方法では、試験片を高周波加熱や抵抗加熱によって加熱し、加熱後の試験片の温度を非接触温度計によって測定し、測定した温度データを解析するようになっている。
【０００６】
しかしながら、加熱後の試験片を均一且つ急速に冷却することは極めて困難であり、冷却速度が５０℃／秒を超える（製品例では歯車等を熱処理によって製造するような場合）ような、急速冷却時のたわみを正確に測定し、変態塑性ひずみを測定するための具体的な装置は示されていない。
【０００７】
特に、特許文献１に例示されている高周波加熱による温度制御では、材料を８５０℃（一般的な鋼の熱処理の加熱温度）以上に保持し、その後、急速に冷却するような場合、試験片内の温度偏差を小さくして、精度の高いひずみ測定を行うことが難しい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００２−２０２２３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
一方、加圧式ガス冷却炉は一般的に知られているものの、この種の冷却炉は熱処理用に用いることを目的としているため、炉内の試験片の変位を測定し、且つその測定データから変態塑性係数を同定するようには構成されていない。
【００１０】
本発明は以上のような従来の変態塑性ひずみの測定方法における課題を考慮してなされたものであり、材料を加熱した後に急速冷却する熱処理を想定し、急速冷却時の試験片の変形量を逐次測定可能とし、その変形量から変態塑性係数を同定することができる変態塑性係数試験装置および変態塑性係数同定方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決する本発明は、試験片を材料のキューリー点以上に加熱できる加熱炉を有し、任意のタイミングでその試験片に曲げ（３点曲げまたは４点曲げ）または、短軸の一定荷重を負荷させることができ、且つその状態で５０℃／秒以上の速度で冷却することができ、冷却中に試験片の変形量を逐次測定することができる変態塑性係数試験装置であり、その変形量から変態塑性係数を同定することができる変態塑性係数同定方法である。
【００１２】
本発明において、急冷とは、空冷また送風により強制冷却する冷却よりも速い速度での冷却、具体的には、冷却用ガスを使用した強制冷却を意味しており、その冷却用ガスとしてはアルゴンガス、ヘリウムガス、窒素ガス等の不活性ガスを使用することができる。
【００１３】
本発明において、試験片を材料のキューリー点以上に加熱する目的は、組織をオーステナイトにするためである。すなわち、本発明は、オーステナイトがフェライト（またはフェライト＋パーライト）、ベイナイト、マルテンサイトなどの組織に相変化（相変態）する際の変態塑性係数を求めるものであり、本発明の試験対象は主に鉄鋼材料であり、その鉄鋼材料がオーステナイト組織になる（溶体化処理）温度は、キューリー点（磁性変態温度）より高いためである。
【００１４】
本発明において、短軸の一定荷重とは、試験片をたわませるようにその一点に一定荷重を集中させることを意味している。
【００１５】
（ａ）本発明の変態塑性係数試験装置は、
加熱炉と、
上記加熱炉内に配置された試験片と、
上記加熱炉内に冷却用ガスを供給し、その加熱炉で加熱された上記試験片を急冷する冷却用ガス供給手段と、
上記試験片の温度を測定する温度測定手段と、
冷却進行中の上記試験片に荷重を付与する荷重付与手段と、
冷却進行中の上記試験片の変形量を逐次測定する変形量測定手段とを備えてなることを要旨とする。
【００１６】
本発明の変態塑性係数試験装置において、
上記試験片は二点で支持されるとともに、上記荷重付与手段として開閉動作する可動プレートを有し、この可動プレートは、開動作した際に、上記試験片の中央から錘を垂下させて上記試験片に負荷を与え、閉動作時にはその錘を支えて上記試験片を無負荷にするように構成することができる。
【００１７】
本発明の変態塑性係数試験装置において、
上記冷却用ガス供給手段として、不活性ガスを貯溜する冷却用ガスタンクと、その冷却用ガスタンク内の不活性ガスを上記加熱炉内に導入する冷却ダクトとを有することができる。
【００１８】
上記構成を有する変態塑性係数試験装置によって測定された、急冷進行中の上記試験片の変形量および上記試験片の温度に基づいて変態塑性係数を計算する演算装置を、上記変態塑性係数試験装置に付加することができる。
【００１９】
（ｂ）本発明の変態塑性係数同定方法は、
試験片を加熱炉に配置して加熱し、
加熱後の上記試験片を冷却用ガスを用いて急冷し、
急冷進行中の上記試験片に荷重を付与し、
急冷進行中の上記試験片の変形量を逐次測定し、測定された上記試験片の変形量および上記試験片の温度に基づいて変態塑性係数を同定することを要旨とする。
【００２０】
本発明の変態塑性係数同定方法において、
上記試験片の全歪εを下記式(１)によって定義し、
【００２１】
【数１】
2010281719.tif 000003
ただし、εｅ：弾性ひずみ、εｐ：塑性ひずみ、εｃ：クリープひずみ、εＴ：熱ひずみ、εｔｒ：変態塑性ひずみ、ドット記号は時間微分を示す。
【００２２】
各ひずみεｅ，εｐ，εｃ，εＴを一般的な構造解析により求め、
変態塑性ひずみεｔｒを下記式(２)によって定義し、
【００２３】
【数２】
2010281719.tif 000004
ただし、ξ：体積分率、σ：相当応力、ｎ：定数、Ｋ：変態塑性係数
【００２４】
上記試験片急冷時に測定される全歪（たわみ量）εからεｔｒを計算し、
計算で求められたεｔｒを上記式（２）に代入するとともに、ξ、σを既知数、変態塑性係数Ｋを未知数として変態塑性係数Ｋを同定することができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、冷却速度の速い相変態を伴う材料の変態塑性係数を正確に定めることができるため、その定められた変態塑性係数に基づいて変態塑性ひずみを計算すれば、材料の強度評価および応力、変形予測の精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明に係る変態塑性係数試験装置の構成を示す、一部断面を有する正面図である。
【図２】(ａ)は本発明に係る変態塑性係数試験装置を用いた試験状態を示す図１相当図であり、同図(ｂ)は図２(ａ)のＢ−Ｂ矢視断面図である。
【図３】図２に示す試験片の無負荷状態を示す説明図である。
【図４】図２に示す試験片の負荷状態を示す説明図である。
【図５】試験片に負荷を付与する機構の変形例を示す図４相当図である。
【図６】本発明に係る変態塑性係数試験装置によって測定された試験片の冷却曲線を示すグラフである。
【図７】図２に示す試験片冷却進行中のたわみ曲線を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、図面に示した実施の形態に基づいて本発明を詳細に説明する。
【００２８】
図１は、本発明に係る変態塑性係数試験装置１の構成を示す正面図である。
【００２９】
同図において、変態塑性係数試験装置１は図示しないカーボンヒータを備えた加熱炉２を有し、この加熱炉２は天板２ａと底板２ｂを有する容器から構成されている。
【００３０】
上記天板２ａには冷却ダクト３が接続されており、この冷却ダクト３の一方端は上記加熱炉内２内に向けて開口するガス冷却口３ａに連通し、他方端はバルブ４を介し、冷却用ガスを貯溜する冷却用ガスタンク５に接続されている。
【００３１】
なお、上記冷却ダクト３、バルブ４および冷却用ガスタンクは冷却用ガス供給手段として機能する。
【００３２】
なお、上記冷却用ガスとしては、アルゴンガス、ヘリウムガス、窒素ガス等を選択することができる。また、冷却用ガスは冷却用ガスタンク５内で加圧され最大で３気圧差となるように圧力が設定されている。それにより、バルブ４を開けば、瞬時に加熱炉２内に冷却用ガスを導入することができるようになっている。
【００３３】
加熱炉２の上方には水平方向に突出する状態で一軸方向試験用ジグ６が設けられている。
【００３４】
材料に引張力が加わった場合と圧縮力が加わった場合とでは、同じ材料でも変態塑性係数が異なる場合もある。
【００３５】
曲げ試験片には引張りと圧縮の両方の力が作用するため、引張り、圧縮それぞれに対する変態塑性係数を分離することができない。そこで、引張力または圧縮力だけを付与することができる試験機構も備えていることが望ましい。
【００３６】
一軸方向試験用ジグ６は、上記した引張力または圧縮力だけを付与する試験機構として設けられており、一軸方向試験用ジグ６を併用すれば、引張りまたは圧縮の変態塑性係数を同定することができる。なお、上記一軸方向試験による変態塑性係数の同定方法については、従来から知られている。
【００３７】
上記一軸方向試験用ジグ６は、測定精度を高めるために、温度変化の影響を受けにくい線膨張率の低い金属材料、例えば、Ｎｉ基合金などが用いられている。また、一軸方向試験用ジグ６内に冷却水を循環させることで一軸方向試験用ジグ６を所定の温度に維持することもできる。
【００３８】
加熱炉２の高さ方向略中間位置には、補助冷却手段として水冷ノズル７ａおよび７ｂが対向した状態で水平方向に配置されており、冷却水を下方に噴射するようになっている。なお、冷却ノズル７ａにはバルブ８（水冷ノズル７ａ側のみ図示）が設けられている。
【００３９】
加熱炉２内の下方には支持台９ａおよび９ｂが間隔を空けて配設されており、支持台９ａ上に支点１０ａが設けられ、支持台９ｂ上に支点１０ｂが設けられている。
【００４０】
上記各支点１０ａ，１０ｂはそれぞれ円柱状からなり、上記一軸方向試験用ジグ６と同様に線膨張率の低い金属材料、例えば、Ｎｉ基合金などで構成されている。
【００４１】
上記支持台９ａおよび支持台９ｂの対向する各縁部には水平軸まわりに回動可能な一対の可動プレート１１ａおよび１１ｂが設けられており、これらの可動プレート１１ａおよび１１ｂは通常、互いに水平方向に連絡して各支持台９ａ，９ｂの上面と面一になっているが、動作時には矢印Ａ方向に開くようになっている。
【００４２】
また、加熱炉２の側壁には試験片（後述する）の温度を測定するための熱電対のための熱電対用ポート１２が一対以上設けられており、これらのポート１２から取り出された試験片温度データはデータ収集装置１３に順次、蓄積されるようになっている。
【００４３】
図２は、上記加熱炉１内に試験片を配置した状態を示している。
【００４４】
両支点１０ａおよび１０ｂに跨がって筒状の試験片１４が配置され、この試験片１４の長手方向中央から錘１５が垂下されている。
【００４５】
また、試験片１４には図示しない熱電対が取り付けられており、その熱電対によって測定された試験片温度データは、上記熱電対用ポート１２を介してデータ収集装置１３に与えられるようになっている。
【００４６】
なお上記熱電対、熱電対用ポート１２およびデータ収集装置１３は、温度測定手段として機能する。
【００４７】
試験片冷却時に生じる「変態塑性ひずみ」を測定する場合、加熱時には試験片１４に荷重が付与されないようにする必要がある。そこで、錘１５は、図３に示すように設置されている。すなわち、閉じられた一対の可動プレート１１ａおよび１１ｂ上に支えられている。
【００４８】
一方、冷却開始時または冷却を開始してから所定の温度になった時に、図４に示すように一対の可動プレート１１ａおよび１１ｂが開くようになっており、それにより、試験片１４には錘１５による荷重が付与されるようになっている。
【００４９】
なお、上記可動プレート１１ａ、１１ｂおよび上記錘１５は、荷重付与手段として機能する。
【００５０】
なお、上記可動プレート１１ａおよび１１ｂに代えて、図５に示すように横方向にスライドするシャッター１６を使用することもできる。このシャッター１６を矢印Ｃ方向にスライドさせれば錘１５を支えて試験片１４を無負荷状態にすることができ、これとは逆に矢印Ｄ方向にスライドさせれば、試験片１４から錘１５を垂下させ、試験片１４に荷重を付与（負荷状態）させることができる。
【００５１】
図２に戻って説明する。
【００５２】
試験片冷却時または加熱時に、その試験片１４に生じる変形を測定できるように、覗き窓１７および１８が設けられており、覗き窓１７の近傍には変位測定装置１９が配置され、覗き窓１８の近傍には変位測定装置２０（試験片を除く図２(ｂ)のＢ−Ｂ矢視断面図参照）が配置されている。
【００５３】
なお、上記変位測定装置１９および２０は、試験片１４の変形量を測定する変形量測定手段として機能する。
【００５４】
また、上記変位測定装置１９および２０は、具体的には、試験片１４の変形量を逐次、測定できるものであればよく、例えば、レーザー変位計や撮像装置（定点座標処理機能付き）を使用することができる。
【００５５】
上記変位測定装置１９および２０によって測定された変位データ（変形量）は、データ収集装置１３に順次蓄積され、熱電対によって測定された温度データとともに、たわみ変化曲線に換算されるようになっている。
【００５６】
冷却進行中および加熱途中において相変態を生じる場合、たわみ変化曲線上にたわみの急激な変化が現れることから、相変態の発生温度、終了温度を的確に検出することができる。
【００５７】
また、測定している試験片１４のたわみは、相変態に伴う膨張または収縮ひずみの影響を無視できるため、積載荷重の異なるたわみ変化曲線を比較することにより、変態塑性ひずみ量を算出することが可能になる。
【００５８】
そこで、データ収集装置１３に、後述する演算装置２１を接続すれば測定データから変態塑性係数Ｋを同定することが可能になる。なお、上記演算装置２１には各種データや指令を入力するための入力装置２２が接続されているものとする。
【００５９】
上記演算装置２１には、予め測定した対象材料のＣＣＴ（Continuous Cooling Transformation）線図またはＴＴＴ（Time-Temperature-Transformation）線図がデータとして与えられており、例えば、下記式（３）を用い、測定温度Ｔと経過時間ｔから組織の体積分率ξを求めることができる。
【００６０】
【数３】
2010281719.tif 000005
ただし、ξＩＪは、組織Ｉから組織Ｊへ相変態するときの組織Ｊの体積分率である。
【００６１】
上記ξＩＪは、例えば、マルテンサイト拡散型変態の場合、ｍａｇｅｅの式（下記式（４））が用いられることが多い。なお、応力との相関も考慮する必要があるがその影響が小さい場合は無視できるため、式（４）および後述する変態塑性ひずみεｔｒを求める式（５）では応力の項を省略している。
【００６２】
【数４】
2010281719.tif 000006
【００６３】
Ｍｓは変態開始温度、Ａは係数を示しており、これらＭｓおよびＡは、上記ＣＣＴ線図またはＴＴＴ線図を用いて決定する。
【００６４】
【数５】
2010281719.tif 000007
【００６５】
変態塑性ひずみεｔｒは、組織Ｊの体積分率とその変化率、応力の関数であることから、例えば、式（２）を用いて定義する。
【００６６】
【数６】
2010281719.tif 000008
ただし、σは相当応力、ｎは定数、Ｋは変態塑性係数
【００６７】
このとき、変態塑性ひずみεｔｒを決めるための係数Ｋが変態塑性係数であり、材料によって一意に決まるとされている。なお、係数ｎも実験的に求める必要があるが、低応力ではｎ＝１とみなすことができる。
【００６８】
そして、変態塑性ひずみを考慮した運動方程式、式（１）を、解析装置に組み込んだ有限要素法または差分法プログラムを用いて解くことでεｔｒを求めることができ、その求められたεｔｒを上記式（２）に代入することにより、ξ、σを既知数、変態塑性係数Ｋを未知数として変態塑性係数Ｋを同定することができる。
【００６９】
【数７】
2010281719.tif 000009
【００７０】
ここで、εは全歪、εｅ，εｐ，εｃ，εＴ，εｔｒは、それぞれ、弾性歪、塑性歪、クリープ歪、熱歪、変態塑性歪である。なお、式(１)中のドット記号は時間微分を示している。
【００７１】
次に、本発明の変態塑性係数測定方法について、以下に示す実施例に基づいてさらに詳しく説明する。
【実施例】
【００７２】
試験片１４としてＪＩＳ  ＳＣｒ４２０鋼（表１に示す成分表参照）を使用した。
【００７３】
【表１】
2010281719.tif 000010
【００７４】
試験片１４の形状は、外径φ５ｍｍ、内径φ４ｍｍ、長さ１１０ｍｍの円管とした。
【００７５】
試験片１４にＫ熱電対をスポット溶接し、試験片１４の一方端部から２０ｍｍの位置の表面温度を測定した。なお、測定点の温度が試験片中央の温度とほぼ一致することを別途、確認している。
【００７６】
支点１０ａおよび１０ｂの距離を８８ｍｍにセットし、それらの支点１０ａおよび１０ｂに試験片１４を架設した。また、支点１０ａおよび１０ｂとして外径１０ｍｍの硝子管を使用した。
【００７７】
加熱炉２内の試験片１４を８６０℃まで加熱（保持１０分）し、全断面オーステナイトとした後、冷却ダクト３のバルブ４を開き、アルゴンガスを３気圧で加熱炉２内に噴射した。
【００７８】
そのときの冷却曲線を図６に示す。同グラフにおいて、横軸は経過時間（秒）を示し、縦軸は試験片温度（℃）を示している。
【００７９】
試験片１４の温度は、冷却開始から１０秒経過した時点で約４００℃まで降下し、２０秒経過した時点で約１００℃まで降下し、４０秒以上経過した時点で約１２℃まで降下し、以後、その温度で安定する。
【００８０】
一方、試験片１４の設置と同時に、支点１０ａおよび１０ｂの中間位置に対応する試験片１４の部位にフック状の治具を用いて１．３ｋｇの錘１５を取り付けている。
【００８１】
この錘１５は閉じられた可動プレート１１ａおよび１１ｂ上に載置され、試験片加熱中にはその試験片１４に対して荷重を与えないようになっている。
【００８２】
次いで、冷却開始直前に、可動プレート１１ａ，１１ｂを開き、錘１５を試験片１４から垂下させた（荷重を負荷させた）。
【００８３】
試験片１４中央のたわみ変形を、変位測定装置としての反射型レーザ変位計で測定し、たわみを動的に測定した。なお、上記反射型レーザ変位計に代えて透過型レーザ変位計を用いることもできる。
【００８４】
図７は、冷却進行中におけるたわみＵの時間変化を示したグラフである。
【００８５】
図６から得られる、経過時間ｔにおける試験片温度（℃）および図７から得られる、経過時間ｔにおける試験片たわみ量に加え、ＣＣＴ線図またはＴＴＴ線図から得られる、時間ｔでのマルテンサイト組織分率ξおよびその変化率が自動的に演算装置２１に入力され、この演算装置２１は、予めプログラムされた有限要素法による変位解析を実行することにより、経過時間ｔにおける変態塑性ひずみおよび変態塑性係数Ｋを求める。なお、上記有限要素法に代えて差分法を使用することもできる。
【００８６】
次に、上記演算装置２１による計算手順を以下に説明する。
【００８７】
応力仕事や潜熱による発熱がある場合の熱伝導解析では、温度Ｔの場を下記式(６)の熱伝導方程式によって求める。
【００８８】
【数８】
2010281719.tif 000011
【００８９】
ここで、ρ、ｃ、ｋはそれぞれ密度、比熱、熱伝導率であり、これらは試験片１４の形状、材質で決まる既知数であるから、予め、入力装置２２を介して演算装置２１に入力されている。なお、潜熱を考慮した右辺、第二項においてＬＩＪおよびξＩＪは、組織ＩからＪへの変態における潜熱および組織Ｊの体積分率を示している。
【００９０】
体積分率ξＩＪは、上述したように温度Ｔと時間ｔで決まるものであり、ＣＣＴ線図や、ＴＴＴ線図を用いて定式化しておく。
【００９１】
式（３）を用いてξＩＪを計算する。
【００９２】
式（４）を用いてξＩＪを計算する。
【００９３】
式（４）におけるＭｓおよびＡは上記ＣＣＴ線図またはＴＴＴ線図を用いて決定する。
【００９４】
演算装置２１は、与えられた条件、および試験片１４の冷却進行中において熱電対によって測定された試験片１４の温度に基づき、有限要素法に基づいて温度Ｔ、体積分率ξを求め、これらの値に基づいて変形予測を行う。
【００９５】
式（１）の運動方程式を解いて右辺の各ひずみを求める。
【００９６】
上記εｅ、εｐ、εｃ、εＴについては、一般的な構造解析で用いられているため、詳細な説明を省略するが、例えば下記式(７）に示す応力計算式や、
【００９７】
【数９】
2010281719.tif 000012
ただし、σは応力、Ｅはヤング率。
【００９８】
下記式(８)に示すように、引張試験結果で得られる応力ひずみ関係式、
【００９９】
【数１０】
2010281719.tif 000013
【０１００】
αＴは温度Ｔにおける線膨張係数、ΔＴは温度増分（変態膨張、変態収縮を含む）
によって求めることができる。
【０１０１】
これらのひずみに対し変態塑性ひずみεｔｒを加味する。
【０１０２】
上記変態塑性ひずみεｔｒは、変態の進行（体積分率の変化率（１−ξ）、組織の体積分率ξドット）、応力σの関数であり、上記した式(２)を用いて計算する。
【０１０３】
このとき、変態塑性ひずみεｔｒを決めるための係数Ｋが変態塑性係数であり、上記変態塑性係数Ｋを定め、その変態塑性係数Ｋに基づいて変態塑性ひずみεｔｒを計算する。
【０１０４】
なお、本発明は、従来、冷却速度の速い相変態を伴う材料において明確にされていなかった変態塑性係数Ｋの値を正確に定めることを特徴とするものであるから、その変態塑性係数Ｋを利用して変態塑性ひずみεｔｒを求める計算式としては、式(２)に限らず、下記に示す定義式(９)を使うこともできる。
【０１０５】
【数１１】
2010281719.tif 000014
【０１０６】
次いで、上記変態塑性係数Ｋを用いて計算された経過時刻ｔにおける変位量（わたみ変形量）Ｘと、上記変態塑性係数試験装置を用いて実測した変位量（たわみ変形量）Ｘ′とを比較し、
Ｘ−Ｘ′＜許容誤差ｐ
であるかどうかを判断する。
【０１０７】
なお、上記変位量は、変態塑性ひずみに対応している。
【０１０８】
判断の結果、ｎｏであれば、Ｋ＋ΔＫを、仮定した変態塑性係数Ｋとして再度、演算装置２１に与え、変位量Ｘを計算する。
【０１０９】
その結果が許容誤差ｐを下回れば、次に経過時間ｔ＝ｔ＋Δｔとして、変形が進行する試験片１４について変態塑性係数Ｋを経時的に計算していく。
【０１１０】
なお、変態塑性係数Ｋの値は基本的に材料によって一つに定まるものであるが、計算によって複数求められる場合にはそれらの平均をとってもよい。
【０１１１】
このようにして演算装置２１によって求められた変態塑性係数Ｋを用いれば、経過時間ｔ毎の変態塑性ひずみεｔｒを計算により求めることができる。
【０１１２】
したがって、本発明によれば、変態塑性ひずみ測定装置によって正確に求められた変態塑性係数Ｋに基づいて変態塑性ひずみを計算により求めることができるため、材料の強度評価や変形の予測を精度良く行なうことが可能になる。
【符号の説明】
【０１１３】
１    変態塑性係数試験装置
２    加熱炉
２ａ  天板
２ｂ  底板
３    冷却ダクト（冷却用ガス供給手段）
４    バルブ（冷却用ガス供給手段）
５    冷却用ガスタンク（冷却用ガス供給手段）
６    一軸方向試験用ジグ
７ａ，７ｂ  水冷ノズル
８    バルブ
９ａ，９ｂ  支持台
１０ａ，１０ｂ  支点
１１ａ，１１ｂ  可動プレート（荷重付与手段）
１２    熱電対用ポート
１３    データ収集装置
１４    試験片
１５    錘（荷重付与手段）
１６    シャッター（荷重付与手段）
１７，１８    覗き窓
１９，２０    変位測定装置（変形量測定手段）
２１    演算装置
２２    入力装置
【図１】
2010281719.tif 000017
【図３】
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【図４】
2010281719.tif 000019
【図５】
2010281719.tif 000020
【図６】
2010281719.tif 000021
【図７】
2010281719.tif 000022
【図２】
2010281719.tif 000023