(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
管状金属材料の破壊靱性を評価するための試験片であって、直径２０ｍｍ以下、肉厚１ｍｍ以下で、かつ管の肉厚方向で同一又は異なる組成の１重，２重もしくは３重の構成層からなる金属材料の管から切り出され、亀裂進展を導入可能な応力負荷用のノッチ又は／及びピン挿荷穴を有していることを特徴とする管状金属材料の破壊靱性試験用試験片。
【請求項２】
管状金属材料がＺｒｙ−２，Ｚｒｙ−４及びジルコニウム合金の原子燃料被覆管である請求項１記載の管状金属材料の破壊靱性試験用試験片。
【請求項３】
試験片の形状が管の半分を使用してなる請求項１又は２記載の管状金属材料の破壊靱性試験用試験片。
【請求項４】
試験片の軸方向長さが２０．０ｍｍ以下であり、応力負荷用ノッチの試験片端からの長さが１０ｍｍ以下、又は応力負荷用ピン挿荷穴の位置が試験片端から１０ｍｍ以下の範囲で、穴径が３ｍｍ以下である請求項１，２又は３記載の管状金属材料破壊靱性試験用試験片。
【請求項５】
試験片に対してノッチ又はピンによる応力を負荷し、割れを発生させる側と反対側において、試験片内部に発生する圧縮応力の緩和と、試験片に対する片側からのクラック進展を補助する先端半径０．２〜２．０ｍｍの切り欠きを導入する請求項１〜４のいずれかの項に記載の管状金属材料の破壊靱性試験用試験片。
【請求項６】
一定の個所で安定した亀裂を進展できるようにノッチ先端に５ｍｍ以下のクラックを導入する請求項１〜５記載の管状金属材料の破壊靱性試験用試験片。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば原子燃料被覆管の如き管状材料の破壊靱性を評価する試験に用いて好適な試験片形状に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、金属材料の破壊靱性評価手法には、破壊に伴って試験片厚さなどの変形が起きないという条件、即ち、平面ひずみ条件を満足するのに充分な厚さの試験片に対するＣＴ（コンパクトテンション）試験が用いられていた。
【０００３】
また、単純に被覆管を切り出して試験片をチャックにより把み、その状態で管に予め設けておくノッチ（切欠き）方向に裂けるような荷重を加えて試験片に応力を負荷する試験手法も従来より実施されていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前者の手法は、比較的肉厚のある管の場合にはある程度、使用し得るとしても、原子燃料被覆管のような薄肉の管状材料に対しては不安定破壊領域において、平面ひずみが達成されないため、正確な靱性評価が困難であった。
【０００５】
また、後者の手法は、試験片を挿荷した治具の内部で試験片が滑り、あるいは目的とするクラック先端部位以外の変形が生じるために正しい靱性値を得るには至らなかった。
【０００６】
本発明は上述の如き実状に対処し、特に薄肉の管状材料に対して応力負荷用のノッチ又はピンを挿荷して応力を負荷し、効果的にクラック（亀裂）を進展させるための試験片形状を提供することを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
即ち、上記目的に適合し、その効果を達成する試験片は、先ず基本的に管状金属材料の破壊靱性を評価するための試験片であって、直径２０ｍｍ以下、肉厚１ｍｍ以下で、かつ管の肉厚方向で同一又は異なる組成の１重，２重もしくは３重の構成層からなる金属材料の管から切り出され、亀裂進展を導入可能な応力負荷用のノッチ又は／及びピン挿荷穴を有していることを特徴とする。
【０００８】
請求項２は上記における管状金属材料がＺｒｙ−２，Ｚｒｙ−４及びジルコニウム合金の原子燃料被覆管であり、試験片を該被覆管より切り出すことを特徴とする。
請求項３は、試験片の形状は管の半分を使用し試験片とすることであり、管状のまま用いると正しい靱性評価が難しくなるからである。
【０００９】
請求項４は均一な長さの試験片を採取できる範囲の具体的構成であり、試験片の軸方向長さが２０．０ｍｍ以下で、応力負荷用ノッチの試験片端からの長さが１０ｍｍ以下、又は応力負荷用ピン挿荷穴の位置が試験片端から１０ｍｍ以下の範囲で、穴径が３ｍｍ以下であることを特徴とする。
【００１０】
また、請求項５の発明は、試験片に対してノッチ又はピンによる応力を負荷し、割れを発生させる側と反対側において、試験片内部に発生する圧縮応力の緩和と、試験片に対する片側からのクラック進展を補助するために先端半径０．２〜２．０ｍｍの切り欠きを導入するものである。
【００１１】
請求項６の発明は上記各例の試験片に対し一定の個所で安定した亀裂を進展できるようにノッチ先端に５ｍｍ以下のクラックを導入するものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、更に上記本発明の具体的態様を添付図面にもとづいて説明する。
【００１３】
本発明試験片は前述の如く管状の金属材料、特に薄肉の管状材料に対して応力負荷用ノッチ又はピンを挿荷して応力負荷の方向が夫々、試験片下端のノッチを回転中心とする回転方向になるように応力を負荷し、効果的に亀裂（クラック）を進展させることによって破壊靱性試験を行うものである。
【００１４】
ここで特に上記試験の対象とする管状金属材料は、Ｚｒｙ−２，Ｚｒｙ−４及びジルコニウム合金の原子燃料被覆管であり、薄肉の管状材料である。
即ち、この管状材料は通常、直径が２０ｍｍ以下、肉厚が１ｍｍ以下であり、かつ管の肉厚方向で組成の同じか、又は異なる１重，２重もしくは３重の構成層からなる金属材料、とりわけジルコニウム合金からなる管であり、試験片はこの管状材料より切り出される。
【００１５】
なお、この場合の試験片の軸方向長さｌ１は２０．０ｍｍ以下、特に５〜１０ｍｍ位であることが好ましい。もしもこの長さ以上であれば照射後の原子燃料被覆管材料から均一な長さの試験片を採取できないからである。
また、試験片の形状としては管の半分を使用して形成することが好適である。何故ならば管状のまま用いると正しい靭性値評価が困難になるためである。
しかして、本発明は上述の如き管状材料から切り出された各試験片に対し、その特徴として効果的に亀裂を進展させるため応力負荷用のノッチ又はピン挿荷穴を設けている。
図１（イ）（ロ）はノッチ付き試験片の１例を示し、（イ）は治具挿入方向ならびに応力負荷の状態、（ロ）は形状例である。
【００１６】
これら図示のように試験片２には試験時、装荷される治具１内部における試験片２の滑りを防止するために亀裂を発生させるノッチ３が設けられていて、該ノッチ３の開口部に力を負荷させるための治具１の爪が引掛かるような形状となっている。
この場合、試験片に対して応力を負荷するときの応力負荷用ノッチ３の試験片端部からの長さｌ２は１〜１０ｍｍであることが好ましい。
【００１７】
図２（イ）（ロ）はピン挿荷穴４を有する試験片のピン挿荷方向、ならびに応力負荷態様と、形状の１例であり、試験片２のノッチ３の両側にピン挿荷穴４が設けられ、ピン５を該穴４に通し、ピン５で引張応力を負荷できるように加工されている。
この場合、試験片に対して応力を負荷するときのピンを挿荷する際の試験片に加工される穴径は、好ましくは１〜３ｍｍ程度である。
もし、上述したノッチ３及びピン挿荷穴４の加工がなければ応力負荷に際し試験片つかみ部に滑りが生じ、応力負荷の方向が夫々の試験片形状に対して図１及び図２各（イ）に示すように試験片下端のノッチ６を回転中心とする回転方向になるようにすることはできない。
【００１８】
この図１，図２に示す回転方向とすることは破壊ポイントに集中荷重を加え、クラック先端のみで常に破壊が進行するようにするためであり、平面ひずみ条件が保たれる。これに対して、短軸非回転水平引張方向では破面の平面ひずみ条件は満足されない。
なお、上記ノッチ３ならびにピン挿荷穴４は何れか一方でもよいが、可及的併有させることが好ましい。
なお、上記ノッチ３，ピン挿荷穴４の何れの場合でも、図示例のように試験片２に対して治具１及びピン５による応力を負荷し、割れを発生させる側と反対側において、更に先端半径０．２〜２．０ｍｍ程度のノッチ６が導入されている。
これは、試験片内部に発生する圧縮応力の緩和と、試験片に対する片側からの亀裂（クラック）進展を補助する上で有効である。
また図１，図２の両形状において、ノッチ３の先端に続いてクラック７が導入される。
これは一定の個所で安定した亀裂を進展出来るからである。
【００１９】
かくして上記の如き形状からなる試験片に対し応力の負荷方向が夫々図１，図２に示すように試験片下端のノッチを回転中心とする回転方向になるようにして試験を行い、破壊靭性値を評価する。
（実施例）
原子燃料被覆管材料であるＺｒｙ−２の延性材料及び脆性材料を使用材料とし、本発明による試験片形状と単純な切り出しによる従来型の試験片形状を採取し、夫々の試験片を治具に挿荷して常温で引張り試験を行い、荷重−変位曲線を求めた。その曲線を図３に示す。
図中、Ａは本発明による延性材料の試験、Ａ′は本発明による脆性材料の試験、Ｂは従来の試験による脆性材料の試験である。
試験の結果は、図示の曲線にみられるように、従来の試験方法Ｂでは変位の増加にともない荷重を負荷しているチャックの滑りと試験片の塑性変形により荷重増加に対する変位増加量は大きくなる傾向にあり、見かけ上、脆性材料で弾性変形が生じている様な荷重変位曲線を示している。
【００２０】
それに対し、本試験方法による試験によれば、脆性材料Ａ′の試験では、図中の鋭いピークで示されるように弾性変形後、殆ど塑性変形をともなわずに不安定破壊に移行し、破断するのに対して延性材料Ａでは塑性変形成分が大きく不安定破壊への移行は試験片の塑性変形により緩慢であることが分かる。
このように本試験片形状への変更により荷重位曲線から弾性，塑性変形成分を選択的に抽出することが可能となることが分かる。
【００２１】
【発明の効果】
上記本発明試験片により薄肉の管状材料に対して応力負荷用ノッチ又はピンを挿荷して応力を負荷し、効果的に亀裂を進展させることが可能となり、従来、困難であった薄肉の管状材料の靭性評価を正確ならしめ、靭性値評価の定量性を増す効果が期待される。
【図面の簡単な説明】
【図１】ノッチつき試験片の態様であり、（イ）は試験片を裂く応力を負荷させるための治具挿荷方向及び応力負荷方向を示し、（ロ）は切り出した試験片形状を示す。
【図２】ピン挿荷穴を有する試験片の態様であり、（イ）は試験片を裂く応力を負荷させるためのピンの挿荷方向及び応力負荷方向を示し、（ロ）は切り出した試験片形状を示す。
【図３】本発明試験片による試験法と従来の試験片による試験法との加重変位曲線である。
【符号の説明】
１  治具
２  試験片
３  ノッチ
４  ピン挿荷穴
５  ピン
【図１】
0003668146.tif 000002
【図２】
0003668146.tif 000003
【図３】
0003668146.tif 000004