(57)【要約】【課題】簡便な装置で、材料の耐熱疲労度を定量的に評価できる熱衝撃試験装置を提供することを目的とする。【解決手段】金属又はセラミックの耐熱疲労性を評価する熱衝撃試験装置であって、試験片を取付けた円板回転体と、試験片を高温に加熱する高温加熱部位と、試験片を急冷する低温設定部位と、試験片の劣化状態を観測し記録する手段とを備えたことを特徴とする熱衝撃試験。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属又はセラミックの耐熱疲労性を評価する熱衝撃試験装置であって、試験片を取付けた円板回転体と、試験片を高温に加熱する高温加熱部位と、試験片を急冷する低温設定部位と、試験片の劣化状態を観測し記録する手段とを備えたことを特徴とする熱衝撃試験装置。
【請求項２】
高温加熱手段が発熱体又は赤外線ランプであることを特徴とする請求項１記載の熱衝撃試験装置。
【請求項３】
低温設定部の急冷媒体が液体又は気体であることを特徴とする請求項１記載の熱衝撃試験装置。
【請求項４】
液体媒体が水、油、液体窒素から選ばれることを特徴とする請求項３記載の熱衝撃試験装置。
【請求項５】
気体媒体が冷却された圧搾空気又は不活性ガスであることを特徴とする請求項３記載の熱衝撃試験装置。
【請求項６】
劣化状態の観察手段がイメージセンサーであることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項記載の熱衝撃試験装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属やセラミックなどの材料の耐熱疲労性を評価する熱衝撃試験装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属やセラミック等の材料は熱的負荷と機械的負荷が複合的に作用する環境で使用されることが多く、その使用に際し耐久性を評価した上で使用するのが一般的である。特に素材開発では、性能劣化に及ぼす主たる要因が熱的負荷と機械的負荷のどちらであるかを評価する必要がある。熱的負荷による素材劣化を評価する装置として熱衝撃試験装置があり、例えば低温槽と高温槽と恒温恒湿とを備え、各槽が気体を介して単独に熱の授受が行われる熱疲労試験装置（特許文献１）や、同じ熱疲労試験装置であっても熱の授受を熱風供給手段や冷風供給手段で行う装置（特許文献２）などが挙げられる。
【０００３】
しかし、上記特許文献１、２のような従来の衝撃試験は、いずれも熱供給手段や冷却手段が大型化し簡便に耐久性を評価できない欠点があった。その上、従来の試験機には試験片の耐熱疲労性を定量的に評価する手段がなく、例えば炭化タングステン系焼結合金のように熱等の外的要因で結晶構造の転移に起因した急激な体積変化による亀裂発生、高温加熱雰囲気に起因した酸化あるいは窒化などの劣化、及びこれらが同時に生じて劣化する材料などにあっては、耐久性の評価が困難であるなどの問題があった。
【特許文献１】特開平６−３４７３９０号公報
【特許文献２】特開平５−１５７６７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
こうした現状に鑑み、本発明者らは、鋭意研究を続けた結果、円板回転体に試験片を取付け、それを高温加熱部位と低温設定部位との間を繰り返し通過させ、そのときの試験片の熱疲労性を観察し、記録することで、材料の耐熱疲労が簡便な装置で、しかも定量的に評価できることを見出して、本発明を完成したものである。すなわち、
【０００５】
本発明は、簡便な装置で、材料の耐熱疲労性を定量的に評価できる熱衝撃試験装置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】
【０００６】
上記目的を達成する本発明は、金属又はセラミックの耐熱疲労性を評価する熱衝撃試験装置であって、試験片を取付けた円板回転体と、試験片を高温に加熱する高温加熱部位と、試験片を急冷する低温設定部位と、試験片の劣化状態を観測し記録する手段とを備えたことを特徴とする熱衝撃試験に係る。
【０００７】
本発明の熱衝撃試験機は、上述の通り円板回転体に試験片を固定し、その円板回転体を回転させ試験片を高温加熱部位から低温設定部位に移動し熱衝撃を与え、試験片表面に発生した酸化や亀裂などの劣化状態を観察し、記録して熱疲労を定量的に評価する試験装置である。このように本発明の熱衝撃試験機は、熱疲労を定量的に評価できることから、熱等の外的負荷で例えばＦＣＣ構造からＨＣＰ構造へのマルテンサイト変態に伴う体積変化を起こすＷＣ−Ｃｏ系合金などの耐熱疲労性を正確に評価できる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の熱衝撃試験装置は、円板回転体に試験片を取付け、その試験片を前記円板回転体の回転で高温加熱部位から低温設定部位に移動させ、それによる熱疲労を試験片表面の劣化状態で観察し、記録する簡便な装置で、熱衝撃に基づく試験片表面の劣化状態が定量的に評価できる。特に、ＷＣ−Ｃｏ系合金のように外的要因で結晶構造の転移に起因した急激な体積変化による亀裂発生、高温加熱雰囲気に起因した酸化あるいは窒化などの劣化、及びこれらが同時に生じた場合に劣化する素材の正確な耐熱疲労性を評価できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下本発明を図面に基づいて具体的に説明する。図１は本発明の熱衝撃試験の横断面図である。図１において、１は試験片、２は円板回転体、３は高温加熱部位、４は低温設定部位、５は観察手段、６はモニター、７は熱電対、８は温調器である。試験片１は、図３に示すように試験片保持部１２が試験部の幅より２〜５ｍｍ大きめに形成され、該保持部１２で円板回転体２にボルトナット等の固定手段９で固定される。円板回転体２は回転制御付きモーター１０で回転されるが、先ず試験は円板回転体２の（Ａ）の位置から出発し、（Ｂ）の高温加熱部位に試験片１移動させそこで所定の時間保持したのち、直ちに（Ｃ）の低温設定部位に移動し熱衝撃を付与する。この加熱・急冷の熱衝撃は所定回数繰り返されるが、その度毎に観察手段５で観察し、記録する。この記録に基づいて耐熱疲労性を、例えばPCなどを用いて定量的に評価する。高温加熱部位の温度は、１００〜１３００℃の範囲で試験片の素材に応じた温度が選定される。低温設定部位の温度は、使用冷却媒体により異なるが、通常１５〜２０℃の範囲が用いられる。
【００１０】
上記高温加熱部位は、図１のＡ−Ａ’断面図である図２にみるように加熱手段１１が埋め込まれた高温加熱部位３からなり、その高温加熱部位３の温度を熱電対７で測り温調器８で高温加熱部位の温度をコントロールする。加熱手段としては、発熱体や赤外線ランプが用いられ、加熱雰囲気は大気雰囲気又は不活性ガス雰囲気などが用いられる。試験片１は、図３、4にみるようにボルトナットなどの固定手段９で円板回転体に固定される。
【００１１】
（使用例）
厚さ２ｍｍのＷＣ−Ｃｏ合金から試験片保持部１２の長さが１０ｍｍ、幅が１２ｍｍで、試験部の長さが２５ｍｍ、幅が８ｍｍの試験片１を作成し、試験片保持部１２で円板回転体２にボルトナット９を用いて固定した。この試験片１を円板回転体２の（A）位置から（B）の位置に移動し大気中１０００℃で３０秒間加熱した。その後、直ちに（C）の位置である２０℃の水槽に移動し、そこに３０秒保持し、（A）の位置に移動し、空気を吹き付け水分を除去し観察手段５で劣化状態を観察し記録した。熱衝撃試験を２５回行ったところ、３回目に表面酸化による著しい着色や劣化が観察され、２５回目には劣化部の脱落とそれに伴う試験片の欠損が観察された。
【産業上の利用可能性】
【００１２】
本発明の熱衝撃試験機は、金属やセラミックの熱衝撃試験を簡便に行うことができ、かつその結果を定量的に評価でき工業的に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の熱衝撃試験機の横断面図である。
【図２】図１におけるＡ−Ａ’線における縦断面図である。
【図３】試験片の平面図である。
【図４】図３のＢ−Ｂ’断面図である。
【符号の説明】
【００１４】
１：試験片
２：円板回転体
３：高温加熱部位
４：低温設定部位
５：観察手段
６：モニター
７：熱電対
８：温調器
９：固定手段
１０：回転制御付モーター
１１：加熱手段
１２：試験片保持部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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