(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直交する二軸の荷重を面内で受ける十字材料試験片であって、
２つの荷重負荷軸が交差する中心部と、
前記中心部から互いに直交する方向に延びる４本の腕部と、
前記４本の腕部の付け根から前記中心部に向かって形成された半直線状のスリットであって、前記２つの荷重負荷方向のうちの１つの荷重負荷方向との成す角度θが、以下の関係
０°＜θ＜９０°
を満たす、４本のスリットと、
前記中心部に設けられた板厚が均一な部分と、を有し、
前記板厚が均一な部分内の前記スリット端部に囲まれた標点部の幅（ｗ）と前記試験片の腕の幅（Ｗ）との比が、以下の関係
０．０００１≦ｗ／Ｗ≦０．７５
を満たし、
前記標点部の幅（ｗ）と前記スリットの幅（Ｓ）の比、または前記標点部の幅（ｗ）と前記スリットの先端の曲率半径（ｒ）の比が、以下の関係
０．４２５≦ｗ／Ｓ≦１９．５、または０．８５≦ｗ／ｒ≦３９
を満たすことを特徴とする十字試験片。
【請求項２】
請求項１に記載の十字試験片において、前記標点部は前記腕部より減厚され、前記試験片の中心部に前記腕部から前記標点部に連続する減厚部を有することを特徴とする十字試験片。
【請求項３】
請求項２に記載の十字試験片において、前記減厚部は前記スリットに沿って前記スリットの両側に設けられることを特徴とする十字試験片。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載の十字試験片を用いる材料特性評価試験方法であって、
前記十字試験片に二軸荷重負荷を与えて前記十字試験片を引っ張り、
前記十字試験片の前記標点部の表面組織の変形様態を顕微鏡内で観察する、
ことを特徴とする材料特性評価試験方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二軸変形下における材料の挙動を観察するための十字試験片および十字試験片を用いる試験方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
十字試験片は、直交する４つの腕部を介して面内で負荷を受ける十字形の試験片で、二軸変形下における材料の試験・調査のために用いられている。従来から二軸の引張応力によって十字試験片の中心部に均一なひずみを付与するために、腕部の長手方向に平行にスリットを配置することが行われている。従来用いられている十字試験片には例えば、下記非特許文献に示されているようなものがある。
【０００３】
下記非特許文献１の十字型試験片は、中央部に応力測定部である６０ｍｍ×６０ｍｍの正方形領域を有し、中央部から４方に伸びる腕部には７．５ｍｍ間隔に０．２ｍｍ幅のスリットが長手方向に対して平行に複数本入っている。
【０００４】
下記非特許文献２には、クリープ試験用の十字型試験片が記載されており、非特許文献２のＦｉｇ．７を参照すると、中央の正方形領域は４２ｍｍ×４２ｍｍであり、腕部にはスリットが長手方向に対して平行に複数本入っている。
【０００５】
下記非特許文献３には、疲労試験用の十字試験片が記載されており、中心部に付与される塑性ひずみは、１％程度である。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】池田聡他「二軸引張応力場における冷延ＩＦ鋼板の異方硬化挙動の測定と解析」塑性加工連合講演会講演会講演論文集、Vol. 53, pp.263-264, Nov.202
【非特許文献２】向井将一他「十字型試験片を用いた高温多軸クリープ試験装置の開発」『材料』Vol.45, No.5, pp. 559-565, May 1996
【非特許文献３】向井将一他「十字型試験片を用いた高温多軸クリープ疲労」『材料』Vol.46, No.9, pp. 1983-1089, Sep 1997
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明者らは、二軸変形下における材料のミクロの領域の挙動を観察するために、走査電子顕微鏡のような観察手段内に十字試験片を配置してひずみを付与し、微小領域の挙動をin-situで観察することを試みた。十字試験片で微小領域の挙動を観察するためには、十字試験片全体を小型にする必要がある。これに伴い、十字試験片の腕部も細くなる。十字試験片の腕部が細くなると、腕部の長手方向に平行にスリットを設けることは困難になる。また、腕部にスリットを設けることでは、中心部にある標点部あるいは板厚均一部に大きなひずみを均一に付与することができないことが判明した。さらに、腕部のスリットに起因して十字試験片が破断するおそれもあった。
【０００８】
本発明は、上記課題を解決するために、標点部に大きなひずみを均一に付与することができる十字試験片、およびこの十字試験片を用いてin-situ観察が可能な材料特性評価試験方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記目的を達成するために、本発明の十字試験片は、直交する二軸の荷重を面内で受ける十字材料試験片であって、２つの荷重負荷軸が交差する中心部と、前記中心部から互いに直交する方向に延びる４本の腕部と、前記４本の腕部の付け根から前記中心部に向かって形成された半直線状のスリットであって、前記２つの荷重負荷方向のうちの１つの荷重負荷方向との成す角度θが、以下の関係
０°＜θ＜９０°
を満たす、４本のスリットと、前記中心部に設けられた板厚が均一な部分と、を有し、前記板厚が均一な部分内の前記スリット端部に囲まれた標点部の幅（ｗ）と前記試験片の腕部の幅（Ｗ）との比が、以下の関係
０．０００１≦ｗ／Ｗ≦０．７５
を満たし、前記標点部の幅（ｗ）と前記スリットの幅（Ｓ）の比、または前記標点部の幅（ｗ）と前記スリットの先端の曲率半径（ｒ）の比が、以下の関係
０．４２５≦ｗ／Ｓ≦１９．５、または０．８５≦ｗ／ｒ≦３９
を満たすことを特徴とする。
【００１０】
また、前記標点部は前記腕部より減厚され、前記試験片の中心部に前記腕部から前記標点部に連続する減厚部を有するようにしてもよい。
【００１１】
さらに、前記減厚部は前記スリットに沿って前記スリットの両側に設けられるようにしてもよい。
【００１２】
本発明の材料特性評価試験方法は、本発明の前記十字試験片を用いて、前記十字試験片に二軸荷重負荷を与えて前記十字試験片を引っ張り、前記十字試験片の標点部の表面組織の変形様態を顕微鏡内で観察する、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
十字試験片の標点部に大きなひずみを均一に付与することができる。また、この十字試験片を用いてin-situ観察が可能な材料特性評価試験方法が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施形態１による十字試験片を示す斜視図である。
【図２】実施形態１による十字試験片を示す平面図である。
【図３】図２の実施形態１の十字試験片のＡ−Ａ断面図である。
【図４】実施形態２による十字試験片の斜視図である。
【図５】実施形態２による十字試験片を示す平面図である。
【図６】図４の実施形態２のＢ−Ｂ断面を示す断面図である。
【図７】図４の実施形態２のＣ−Ｃ断面を示す断面図である。
【図８】（ａ）は実施形態１の標点部とスリットとの関係を示す図である。（ｂ）は実施形態２の標点部とスリットとの関係を示す図である。
【図９】ひずみを計測するための手段の一例を示す図である。
【図１０】均一ひずみ領域を決定する手段を説明する図である。
【図１１】実施例の形状寸法の表を示す図である。
【図１２】実施例の評価のために算出した値の表を示す図である。
【図１３】比較例の形状寸法の表を示す図である。
【図１４】比較例の評価のために算出した値の表を示す図である。
【図１５】（ａ）は比較例４ａを示す図であり、（ｂ）は比較例４ｂを示す図である。
【図１６】比較例５を示す図である。
【図１７】比較例６を示す図である。
【図１８】比較例７を示す図である。
【図１９】比較例８を示す図である。
【図２０】比較例９を示す図である。
【図２１】実施例２３に対応する十字試験片の一例を示す図である。
【図２２】実施例２５に対応する十字試験片の一例を示す図である。
【図２３】実施例２７に対応する十字試験片の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
図１〜３は、本発明の実施形態１による十字試験片を示す図である。図１は、実施形態１の十字試験片を示す斜視図であり、図２は、実施形態１の十字試験片の平面図であり、図３は、図２の十字試験片のＡ−Ａ断面図である。
【００１６】
十字試験片は、中心部から腕部が４方に直角に伸び、腕部の先端は外部からの力を受ける把持部となっている。図１、２に示すように、把持部１−１と腕部２−１、把持部１−２と腕部２−２、把持部１−３と腕部２−３、把持部１−４と腕部２−４を有する。各腕部２−１、２−２、２−３、２−４は同一形状で、隣接する腕部と直交している。
【００１７】
実施形態１では、中心部３はひずみを付与しやすくするために、腕部２−１より中心部３の厚みが薄くなっている。そのため、腕部２−１は減厚部４−１を介して中心部３に連続する。他の腕部２−２、２−３、２−４も同様に、それぞれ減厚部４−２、４−３、４−４を介して中心部３に連続する。減厚部４−１〜４−４は曲面として形成されているが、平面であってもよい。
【００１８】
中心部３の厚みは１０％または１０％以上削られ、中心部３の厚みは腕部の厚みの９０％以下になるようにすることが望ましい。減厚部は片面に形成されているが、両面に形成してもよく、減厚部により減厚される量は両面で異なってもよい。また、他の実施形態では、中心部３を減厚しないで、中心部３を腕部と同一の厚みをもつようにすることもできる。
【００１９】
十字試験片１０には、隣接する腕部２−１と腕部２−２が交差する付け根６−１から試験片中心に向けて伸びるスリット７−１が中心部３に形成されている。スリット７−１は十字試験片１０の厚み方向に貫通している。同様に、腕部２−１と腕部２−３、腕部２−２と腕部２−４、腕部２−４と腕部２−３、の付け根６−２、６−３、６−４から試験片中心に向けて伸びるスリット７−２、７−３、７−４、が中心部３に形成されている。スリット７−２、７−３、７−４もスリット７−１と同様に、十字試験片１０の厚み方向に貫通している。スリット７−１、７−２、７−３、７−４が形成されない中央部は、ひずみを測定する標点部５である。
【００２０】
図２を参照して、実施形態１の十字試験片の寸法の一例を説明する。図２では把持部１−１と腕部２−１について寸法を示すが、十字試験片１０は４回対称であるので、他の部分も同様である。十字試験片１０の全長ｐ１は４０ｍｍであり、十字試験片１０の中心から把持部１−１の外端までの長さｐ２は２０ｍｍである。把持部１−１の図２の上下に示す長さは５ｍｍであり、把持部の幅ｐ６は１０ｍｍである。腕部２−１の長さ（中心から把持部１−１との境界まで）ｐ３は１５ｍｍであり、腕部２−１の幅（Ｗ）ｐ７は４ｍｍである。把持部１−１と腕部２−１との間には曲率半径１．５０ｍｍがつけられている。スリット７−１の幅ｐ９は、最大で０．１５ｍｍである。標点部５の幅（ｗ）ｐ８は最大１．２０ｍｍである。スリット７−１の先端の曲率半径（Ｒ）は、０．０７５ｍｍである。スリット７−１〜７−４に先端については、円弧でなくともよく、楕円形状であっても矩形状であってもよい。またスリット幅は、例えばスリット先端に向けて徐々に小さくなるようにあるいは大きくなるように変化していてもよい。スリット幅の変化はこの例に限定されない。例えばスリット幅が段階的に変化していてもよい。
【００２１】
図３は、図２のＡ−Ａ断面図である。十字試験片１０の中心部３は、一方の面、例えば走査電子顕微鏡による観察面ではない面が削られて、腕部２−１〜２−４に比較して厚みが薄くなっている。他方の面は腕部２−１〜２−４の面との間で段差はなく平坦である。図３の減厚部４−２、４−３から分るように、減厚部４−１〜４−４の表面は曲率半径（アール）が１ｍｍの曲面となっている。十字試験片１０の板厚ｐ１１は１．４ｍｍであり、中心部３は、０．８ｍｍの厚さが削られ、中心部３したがって標点部５の板厚ｐ１２は０．６ｍｍである。
【００２２】
実施形態１では、スリットを腕部に設けないで、引張力の負荷方向に対して斜めになるように中心部に設けることで、十字試験片の中心へ大きなひずみを均一に付与するようにしている。さらに、中心部の厚みを薄くすれば、より大きなひずみを中心部に付与することができる。
【００２３】
図４〜７を参照して、本発明の実施形態２を説明する。
図４は、実施形態２による十字試験片の斜視図であり、図５は、実施形態２の十字試験片の平面図である。実施形態２においても、実施形態１と同じ部材、部品は、実施形態１の符号と同じ符号で示す。実施形態２の十字試験片２０は、実施形態１と同様の把持部、腕部を有する。十字試験片２０の中心部３は、実施形態１と同様に減厚されている。十字試験片２０では、十字試験片１０と同様のスリット７−１〜７−４の両側に、腕部２−１〜２−４から中心部３へ徐々に厚みが減っていく減厚部が形成される。図４に示すように、例えばスリット７−１の両側には減厚部８−１、８−８が形成されている。同様にスリット７−２、７−３、７−４の両側には、それぞれ減厚部８−２、８−３、減厚部８−４、８−５、減厚部８−６、８−７が形成されている。減厚部８−１〜８−８は曲面として形成されているが、平面であってもよい。
【００２４】
図６は、図５のＢ−Ｂ断面を示す断面図である。図６に示されるように、スリット７−２とスリット７−３を通るＢ−Ｂ断面では、腕部２−３の減厚部８−３と、腕部２−４の減厚部８−５との間に標点部５がある。十字試験片２０においても減厚部８−１〜８−８は曲面状に形成される。十字試験片２０は、十字試験片１０に比較して、腕部２−１〜２−４の厚みが減少しない部分が標点部５により接近している。これにより十字試験片２０は十字試験片１０よりひずみが中心部に付与されやすくなっている。
【００２５】
図７は、図５のＣ−Ｃ断面を示す断面図である。十字試験片２０では、腕部の板厚ｐ１１は、十字試験片１０と同じ１．４０ｍｍであるが、削られた板厚は０．４０ｍｍであり、中心部の板厚ｐ１３は１．００ｍｍである。十字試験片２０では、減厚率を低くしても中心部にひずみが付与できるので、十字試験片１０より中心部の板厚ｐ１３が大きな値になっている。十字試験片２０では、ひずみを付与する領域である標点部の幅ｐ１４は最大１．１３ｍｍとなる。十字試験片２０の標点部は、板厚が均一な中心部の中央のひし形とすることもできる。
【００２６】
実施形態１，２のスリットは、荷重負荷方向に対して４５°の角度で形成されているが、荷重負荷方向に対してスリットのなす角度θは、０°＜θ＜９０°の関係を満たすものであればよい。二軸の荷重を受ける場合荷重負荷方向は９０°異なっているので、一方の荷重負荷方向に対してなす角度が８０°であれば、他方の荷重負荷方向に対してなす角度は１０°ということになる。スリットを荷重付加方向に４５°の角度で形成すると、２軸それぞれの方向に同じ速度で引っ張れば、材料を等２軸変形させることができる。４５°以外の角度では、２軸それぞれの方向に同じ速度で引っ張れば、中心部の長方形の長辺と短辺の比で、変形比を変化させて試験を行うことができる。
【００２７】
図８ａ、８ｂは、実施形態の標点部とスリットとの関係を示す図である。図８ａに示すように、実施形態１の十字試験片１０は、スリット７−１〜７−４の先端に対応する頂点を有する正方形の領域が標点部５となる。十字試験片１０の標点部５の幅ｐ８は、付与される引張応力と平行な方向の辺の長さである。これに対して、実施形態２の十字試験片２０は、スリット７−１〜７−４の両側に減厚部（図４、５参照）を有するので、図８ｂに示すように、腕部から減厚する減厚部の先端に対応する頂点を有する正方形またはひし形が標点部５となる。十字試験片２０の標点部５の幅は、付与される引張応力の方向に平行な対角線の長さｐ１３である。
【００２８】
図９は、実施形態１の十字試験片について、ひずみ量を計測するための一例を説明する図である。十字試験片１０の標点部５に、多数の微小な格子（一辺が２５μｍの正方形）からなるパターンを描写し、二軸試験前後で格子間隔を計測し十字試験片の中心に付与されたひずみ量を求め、ひずみ分布を求める。実施例２４、２７（図１１参照）のように標点部が小さく、格子パターンにより実験的に求めるのが困難な場合は、数値解析を用いて歪み分布を算出することができる。
【００２９】
図１０は、ひずみ均一領域の算出を説明する図である。図１０のXstrain、Ystrainは、Ｘ軸方向に沿って取得されたひずみ量εxx、εxyを示す。本実施形態では、ひずみ誤差が±１０％までの領域をひずみ均一領域とする。例えば、中心のひずみが０．２とすると、ひずみが０．１８〜０．２２の範囲にある領域がひずみ均一領域である。図１０に示すグラフは、求められたひずみ分布に基づいて、中心からの距離と、それに対応するＸひずみとＹひずみのひずみ誤差をプロットしたものである。いずれかのひずみ誤差が０．１を超える中心からの距離をひずみ均一領域の広さを表すものとして、ひずみ均一領域の広さと標点部の幅の比（ひずみ均一領域／ｗ）を算出して、ひずみ均一度の指標とする。ひずみ均一度が大きいことは、試験片中心を含む相対的に広い領域で均一なひずみが付与されていることを示す。
【００３０】
図１１〜図１５には、十字試験片の実施例の表および比較例の表を示す。
【００３１】
図１１は、十字試験片の実施例１〜２９の形状寸法を示す表である。表における長さの単位はｍｍである。「スリットの方向」には荷重負荷方向に対するスリットの角度が記載されている。「４５°」は、図１、４に示す実施形態と同様に十字試験片の中心部に応力付与軸すなわち荷重負荷方向に対して斜め４５°にスリットが切ってあることを示す。１８°／７２°は一方の荷重方向からは１８°であり他方の荷重方向から７２°であることを示す。「Ｘ型」は、実施形態２に示すように、減厚部がスリットに沿って両側に設けられていることを示す。
【００３２】
「ＧＬ」は標点部すなわち標点部の幅（ｗ）を示す。「減厚率」は、腕部の厚みに対する標点部の厚みの比（％）であり、標点部の減厚率を示す。「減厚の方向」は、標点部の減厚が両面から行われているか、片面から行われているかを示す。
【００３３】
「全長」は、十字試験片の全長を示す。「腕部の幅（Ｗ）」は、十次試験片の腕部の幅（Ｗ）を示す。「スリットの数」は、十字試験片に設けられたスリットの数を示す。実施例では、スリットは、十字試験片の中央部に設けられている。「スリット長さ」は、スリットの長手方向の長さを示す。「スリット先端曲率半径」は、スリットの先端の曲率半径を示す。
【００３４】
ここで、図２１〜２３を参照して、実施例２３、２５、２７に対応する十字試験片を説明する。図２１は、実施形態２の変形例であり、図１１の表の実施例２３に対応する。図２１の十字試験片は、十字試験片の中心部に近い腕部２−１〜２−４の部分２−１ａ〜２−４ａの幅が狭くなっている。具体的には４ｍｍから３ｍｍに変化している。その結果、標点部５が、一辺が１．１３ｍｍの正方形領域となっている。
【００３５】
図２２は、実施形態２の変形例であり、図１１の表の実施例２５に対応する。図２２の十字試験片は、腕部２−２、２−３の幅には変化がないが、腕部２−１、２−４の中心部よりの部分２−１ｂ、２−４ｂの幅が狭くなっている。腕部２−１、２−４の幅は４ｍｍであり、これらの部分２−１ｂ、２−４ｂの幅は１．１７ｍｍである。図２２の右側に記載した中心部の拡大図に示すように、スリットの角度は、一方の荷重負荷方向すなわち一方向の腕部２−１、２−４の方向からは１８°であり、他方の荷重負荷方向すなわち他方の腕部２−２、２−３の方向からは７２°となっている。十字試験片の中心部の標点部５は１．２０ｍｍ×０．４ｍｍとなる。が、標点部５の幅としては１．２０ｍｍと０．４ｍｍがある。図１１の表には標点部５の幅として０．４ｍｍが記載されている。
【００３６】
図２３は、実施形態２の変形例であり、図１１の表の実施例２７に対応する。図２３の十字試験片は、腕部２−２、２−３の幅には変化がないが、腕部２−１、２−４について十字試験片の中心部に近い部分２−１ｃ、２−４ｃの幅が狭くなっている。腕部２−１、２−４の幅は４ｍｍであり、これらの部分２−１ｃ、２−４ｃの幅は０．１５ｍｍである。図２３の右側の拡大図に示すように、スリット７の角度は、一方の荷重負荷方向すなわち一方向の腕部２−１、２−４の方向からは３°であり、他方の荷重負荷方向すなわち他方の腕部２−２、２−３の方向からは８７°となっている。十字試験片の中心部の標点部５は１．２０ｍｍ×０．０５ｍｍとなるが、図１１の表には標点部の幅として０．０５ｍｍを記載している。図２３の十字試験片では減厚率９０％である。図２３の十次試験片は、腕部の幅が非常に小さくなっているが、集束イオンビーム加工装置等により製造可能である。図２２、図２３の十字試験片はともに裏面にスリットに沿って減厚部が設けられている。
【００３７】
図１２は、実施例の評価のために算出した値の表を示す図である。「ｗ／Ｗ」は、標点部の幅（ｗ）と腕部の幅（Ｗ）の比を示す。「ｗ／Ｓ」は、標点部の幅（ｗ）とスリット幅（Ｓ）の比を示す。「ｗ／ｒ」は、標点部の幅（ｗ）とスリット先端の曲率半径（ｒ）の比を示す。ｗ／Ｗ、ｗ／Ｓ、ｗ／ｒは、本発明である十字試験片を規定する指標となる。
【００３８】
「中心への歪量（軟鋼）」は、十字試験片の材料が軟鋼であって、その中心へ付与されるひずみ量の割合を示す。「ひずみ均一領域の広さ（軟鋼）」は、軟鋼におけるひずみ均一度を示し、「均一領域／ＧＬ」すなわち「ひずみ誤差が１０％以下の領域の中心からの距離」と「標点部の幅（ｗ）」の比で表される。「中心への歪量（９８０ＭＰａ高張力鋼板）」は、十字試験片の材料が９８０ＭＰａ高張力鋼板であって、その中心へ付与されるひずみ量の割合を示す。「ひずみ均一領域の広さ（９８０ＭＰａ高張力鋼板）」は、９８０ＭＰａ高張力鋼板におけるひずみ均一度（「均一領域／ＧＬ」すなわち「ひずみ誤差が１０％以下の領域の中心からの距離」と「標点部の幅（ｗ）」の比）を示す。
【００３９】
図１３、１４には、実施例と比較するための比較例を示す。表の比較例１〜３は、上記非特許文献１〜３に記載された試験片に対応する試験片の形状を示し、比較例４〜９は、図１５〜１９に示す試験片に対応する試験片の形状を示す。さらに、比較例１０は、実施形態１と同様の十字試験片であるが、腕部の幅が１．２ｍｍで、スリットを設けていないものである。比較例を示す図１３、１４の表の各列の項目は、図１１、１２の実施例の表の項目と同じであり、長さの単位もｍｍである。
【００４０】
図１２、図１４を参照して、実施例と比較例とを対比すると、比較例では、軟鋼の場合の中心へ付与できるひずみ量はたかだか１６％であるが、実施例ではすべて１７％以上であり、平均２５％である。例えば実施形態１に対応する実施例２１では２６％、実施形態２に対応する実施例２２では４７％に達する。９８０Ｍｐａ高張力鋼板の場合では、比較例では中心へのひずみ量はたかだか４％であるが、実施例ではすべて４．２０％以上であり、平均８．４３％である。実施例２１では８．３０％、実施例２２では１２．５０％に達する。また、比較例では、ひずみ均一領域については考慮されていないことが多いが、実施例では、すべての場合においてひずみ均一領域が確保されている。
【００４１】
適切に試験を実施するために、十字試験片の標点部に付与可能なひずみ量とひずみ均一度について、適切な指標とその範囲を決めることにより、十字試験片の形状を、所望のひずみ量とひずみ均一度を確保する形状とすることが求められる。  十字試験片を特徴付ける指標として、腕部の幅（Ｗ）に対する標点部の幅（ｗ）の比ｗ／Ｗと、スリットの先端曲率半径（r）に対する標点部５の幅（w）の比ｗ／ｒを用いることができる。
【００４２】
例えば、実施形態１の十字試験片１０（実施例２１）では、腕部２−１〜２−４の幅（Ｗ）＝４ｍｍに対する標点部５の幅（ｗ）＝１．５ｍｍとの比ｗ／Ｗは、０．３０である。実施形態２の十字試験片２０（実施例２２）では、腕部２−１〜２−４の幅（Ｗ）＝４ｍｍであり、標点部５の幅（ｗ）＝１．１３ｍｍであるので、腕部の幅（Ｗ）に対する標点部５の幅（ｗ）との比ｗ／Ｗは、０．２８である。スリットの先端曲率半径（r）は実施例２１、２２ともに０．０７５ｍｍであるので、比ｗ／ｒについては、実施形態１（実施例２１）でｗ／ｒ＝１６．００、実施形態２（実施例２２）でｗ／ｒ＝１５．０７となる。
【００４３】
図１１の表によると、実施例の標点部の幅（ｗ）と腕部の幅（Ｗ）との比（ｗ／Ｗ）は、０．０００１〜０．７５の範囲に亘っている。また、実施例の標点部５の幅（ｗ）とスリットの先端曲率半径（r）の比ｗ／ｒは、０．８５〜３９の範囲に亘っている。そして、上述したように、軟鋼の場合、中心へ付与できるひずみ量は１７％以上であり、平均２５％となり、９８０Ｍｐａ高張力鋼板の場合では、中心へ付与できるひずみ量は４．２０％以上であり、平均８．４３％となる。比較例と比較すると、本発明の実施例の試験片の優秀性が分かる。
【００４４】
図１１の表から、標点部の幅（ｗ）と腕部の幅（Ｗ）との比（ｗ／Ｗ）を、０．０００１≦ｗ／Ｗ≦０．７５であり、標点部の幅（ｗ）とスリットの先端曲率半径（r）の比ｗ／ｒは、０．８５≦ｗ／ｒ≦３９である、との条件を満たすように、十字試験片を設計することが好ましい。実施例２５、２７については、幅が小さい側の値を記載しているが、それぞれの方向で、ｗ／Ｗ、ｗ／ｒは、上記条件の範囲内となっている。ｗ／Ｗについて、より好ましくは、０．０００１以上、０．４以下の条件を満たすようにする。ｗ／Ｗを０．４以下とすると、図１１の実施例から分かるように、中心部により大きなひずみを付与することができる。ｗ／ｒについて、より好ましくは、１３以上、３９以下である。ｗ／ｒを１３以上とすると、図１１の実施例からも分かるように、中心部により均一にひずみを付与することができる。
【００４５】
比較例１０は、実施形態１と同様の形状であるが、スリットが設けられていないので、中心へ付与するひずみ量が３％と低く、試験片としては不適である。比較例１０は、スリットがなく、ｗ／Ｗが１．００で０．７５より大きく、実施例を規定する範囲から外れる。なお、比較例１０でスリット先端の曲率半径を０．７５としたのは、腕の付け根の部分の曲率半径である。比較例９は、図２０に示されるように、本願発明のようなスリットをもたないものであるが、腕部間をスリットとして計算してもｗ／ｒが０．８４６であり、０．８５より小さく本発明の条件を満足しない。そして、ひずみ均一度も中心へ加わるひずみ量も非常に小さい。本発明の条件により不適当な十字試験片を除外することができる。
【００４６】
実施例と比較例との相違を示すパラメータの一つとして、スリットの先端アール（r）に対する標点部の幅（w）との比ｗ／ｒを示したが、これに代えて、スリットの幅（S）に対する標点部の幅（w）の比ｗ／Ｓを用いることもできる。スリットの幅（S）は実測値あるいは設計値を用いることもできるが、図１２、１４の表では、スリット幅（Ｓ）は、スリット先端の曲率半径（ｒ）の２倍として算出されている。０．８５≦ｗ／ｒ≦３９に対応するｗ／Ｓによる規定の範囲は、０．４２５≦ｗ／Ｓ≦１９．５となる。より好ましくは、６．５≦ｗ／Ｓ≦１９．５である。
【００４７】
スリット幅が腕部の付け根から中心部に向けて徐々に小さく変化する十字試験片などスリット幅が決まらない場合には、曲率半径によるｗ／ｒを使用することができる。スリット先端が矩形状等で曲率半径が使用できない場合には、スリット幅によるｗ／Ｓを用いることができる。曲率半径が使用できないで、スリット幅も決まらない場合は、スリット先端近傍のスリット幅を使用することができる。
【００４８】
例えば、実施形態１、２の十字試験片は、全長４０ｍｍの大きさで、０．３０ｍｍあるいは０．２８ｍｍの幅の標点部すなわち標点部を備えて、標点部に試験を行うのに十分大きくかつ均一なひずみを付与することができる。したがって、材料特性を評価したい各種鋼板などの材料で本発明の十字試験片を作成すれば、従来の十字試験片では困難であった微小領域のin-situ観察を行うことができる。すなわち、各種分析機能を有する走査あるいは透過電子顕微鏡などの微小領域を観察する装置内で、例えば加熱しながら、評価したい材料で形成された十字試験片に二軸負荷を与えて、標点部の結晶方位分布あるいは転移構造などの変形様態を直接観察あるいは分析・計測することができる。
【００４９】
上述の実施形態では、多軸応力下での材料の微小挙動を観察するための微小試験片を説明したが、実施例１６、１７に示すように、微小試験片に限らず一般的に多軸応力を付与する試験片として用いることもできる。
【符号の説明】
【００５０】
１０、２０    十字試験片
１−１〜１−４    把持部
２−１〜２−４    腕部
３    中央部
４−１〜４−４、８−１〜８−８    減厚部
５    標点部
６−１〜６−４    付け根
７−１〜７−４    スリット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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