(57)【要約】【課題】必要に応じて試験中に、環境条件や応力負荷条件を変化させることが可能であり、高精度で効率よく腐食特性および疲労特性を評価できる腐食疲労複合試験装置およびこれを用いた腐食疲労複合試験方法を提供する。【解決手段】棒状の試験片Ａ１、Ａ２の一端を軸回転自在に支持するとともに、試験片Ａ１、Ａ２を変速可能に回転させる回転制御手段２０と、試験片Ａ１、Ａ２の他端への荷重の負荷および除荷を行う荷重制御手段３０と、試験片Ａ１、Ａ２への腐食液の滴下および停止を行う腐食液制御手段４０と、試験片Ａ１、Ａ２を曝露する試験雰囲気を制御する雰囲気制御手段５０と、試験片Ａ１、Ａ２を冷却する冷却手段６０と、これらを個別に制御する制御手段とを備える腐食疲労複合試験装置１０とする。【選択図】図１
2015145866.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
棒状の試験片の一端を軸回転自在に支持するとともに、前記試験片を変速可能に回転させる回転制御手段と、
前記試験片の他端への荷重の負荷および除荷を行う荷重制御手段と、
前記試験片への腐食液の滴下および停止を行う腐食液制御手段と、
前記試験片を曝露する試験雰囲気を制御する雰囲気制御手段と、
前記試験片を冷却する冷却手段と、
前記回転制御手段と前記荷重制御手段と前記腐食液制御手段と前記雰囲気制御手段とを個別に制御する制御手段とを備えることを特徴とする腐食疲労複合試験装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記回転制御手段と前記荷重制御手段と前記腐食液制御手段と前記雰囲気制御手段とを制御して、装置の動作を切り替えるモード選択手段を有し、
前記動作が、荷重を除荷した前記試験片に前記腐食液を滴下しながら前記試験片を回転させる腐食液滴下モードと、
前記腐食液滴下モードを行った後に連続して行われ、前記試験片の表面を乾燥させる腐食液乾燥モードと、
前記試験片に荷重を負荷しながら前記試験片を回転させる疲労モードとを含むことを特徴とする請求項１に記載の腐食疲労複合試験装置。
【請求項３】
前記冷却手段が、前記モード選択手段によって制御されるものであり、
前記疲労モードにおいて前記試験片を冷却することを特徴とする請求項２に記載の腐食疲労複合試験装置。
【請求項４】
前記回転制御手段は、前記腐食液滴下モードでは、前記試験片を回転速度５〜５００ｒｐｍ未満の低速回転で回転させ、前記疲労モードでは、前記試験片を回転速度５００〜１００００ｒｐｍの高速回転で回転させるものであることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の腐食疲労複合試験装置。
【請求項５】
前記荷重制御手段は、前記試験片の他端を、軸回転自在に鉛直下方に荷重により引っ張る荷重負荷手段と、
前記試験片に負荷される荷重を除荷する荷重除荷手段とを備えることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の腐食疲労複合試験装置。
【請求項６】
前記雰囲気制御手段は、前記試験片の前記試験雰囲気に曝露される部分を覆うチャンバーと、
前記試験雰囲気の温度および湿度を制御する温湿度制御手段と、
前記チャンバーに雰囲気ガスを供給するガス供給手段と、
を備えることを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載の腐食疲労複合試験装置。
【請求項７】
請求項１〜６の何れか１項に記載の腐食疲労複合試験装置を用いて、前記試験片の腐食を加速させる工程と、前記試験片の疲労を加速させる工程とを行うことを特徴とする腐食疲労複合試験方法。
【請求項８】
前記試験片が、引張強度１０００ＭＰａ以上の高強度鋼であることを特徴とする請求項７に記載の腐食疲労複合試験方法。
【請求項９】
前記疲労を加速させる工程が、前記試験片を冷却し、前記試験片の他端に荷重を負荷しながら、前記試験片を回転させる工程を含むことを特徴とする請求項７または請求項８に記載の腐食疲労複合試験方法。
【請求項１０】
前記疲労を加速させる工程が、前記試験片に前記腐食液を滴下しながら、および／または相対湿度３０〜１００％の試験雰囲気中で、前記試験片の他端に荷重を負荷しながら、前記試験片を回転させる工程を含むことを特徴とする請求項７または請求項８に記載の腐食疲労複合試験方法。
【請求項１１】
前記腐食を加速させる工程が、荷重を除荷した前記試験片に前記腐食液を滴下しながら前記試験片を回転速度５〜５００ｒｐｍ未満の低速回転で回転させ、前記試験片の表面に形成される腐食液膜の平均膜厚を２０μｍ〜２ｍｍとし、かつ前記試験片の周方向における前記腐食液膜の膜厚のばらつきを平均膜厚の５％以下とする工程を含むことを特徴とする請求項７〜１０の何れか一項に記載の腐食疲労複合試験方法。
【請求項１２】
前記腐食を加速させる工程が、荷重を除荷した前記試験片に前記腐食液を滴下しながら前記試験片を回転させる腐食液塗布処理と、前記腐食液塗布処理の後に連続して行われる試験片の表面を乾燥させる乾燥処理と、乾燥処理の後に連続して行われる試験片の表面を湿潤状態とする湿潤処理との組み合わせを、１回または複数回行なう工程を含み、
前記腐食液塗布処理において前記試験片の表面に形成される腐食液膜を、前記乾燥処理により２００μｍ／ｓ以下の減少速度で乾燥させることを特徴とする請求項７〜１１の何れか一項に記載の腐食疲労複合試験方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、腐食疲労複合試験装置およびこれを用いた腐食疲労複合試験方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、金属材料は、荷重を繰り返し負荷することによって、疲労破壊することが知られている。また、金属材料の疲労特性は、金属材料が曝露される環境の影響を受けることが知られている。このため、金属材料の疲労試験を、金属材料の曝露される腐食環境を模擬した環境下で行う場合がある。
【０００３】
金属材料の疲労試験において、腐食環境を模擬する方法としては、試験片を腐食液中に浸漬する方法や、腐食液を噴霧したり滴下したりして試験片に塗布する方法、試験片を設置するチャンバー内の雰囲気を腐食雰囲気とする方法などがある。
また、疲労試験において試験片に応力を負荷する方法としては、試験片の一端又は両端に荷重を負荷しながら、曲げモーメントを作用させた試験片を回転させる方法などがある。
【０００４】
近年、繰り返し試験の回数の多い領域（高サイクル領域）での試験片の疲労挙動を評価する要求が高まってきている。高サイクル領域での疲労挙動を評価する場合、試験片を回転させることにより、表面に高速で圧縮と引張の荷重を繰り返し負荷する回転曲げ疲労試験を行うことが好ましい。
試験片の回転曲げ疲労試験を、腐食環境を模擬した環境下で行う方法としては、例えば、特許文献１〜４に記載の技術がある。
【０００５】
特許文献１には、試験片を収納するチャンバ内にガスを供給する手段と、チャンバ内に蒸気を供給する手段と、試験片に荷重を負荷する手段とを備えた腐食疲労試験装置が記載されている。
特許文献２には、試験片を腐食液槽に挿通する回転曲げ腐食疲労試験装置が記載されている。
【０００６】
特許文献３には、試験片の一端を装着する装着部、試験片を回転させる駆動部、試験片に腐食液を滴下する腐食液滴下部、試験片の他端に荷重を付加する荷重付加部を具備する腐食疲労試験装置が記載されている。
特許文献４には、試験片の一端を軸回転自在に固定支持する装着部材と、試験片の他端を鉛直下方に引っ張る荷重付加部材と、試験片に液体を滴下し得る位置に液体流入口を設けた容器とを備えた疲労試験装置が記載されている。特許文献４に記載の疲労試験装置では、腐食液が装置部品または外部に飛散しないように、腐食環境槽を配設している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開昭５９−７３７５１号公報
【特許文献２】特開昭６１−２５０３７号公報
【特許文献３】特開平８−５５３２号公報
【特許文献４】特開２０１２−７８１０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来、自動車用サスペンションなどの腐食環境下で用いられる鉄鋼部材では、腐食によって表面に発生する腐食ピットが、部材の疲労挙動に影響を及ぼすことが知見されている。表面に腐食ピットが存在する部材では、腐食ピットが応力集中源になることと、応力の負荷の繰り返しによって疲労き裂が発生することとが、複合して生じる複雑な現象により疲労破壊する。
【０００９】
このような複雑な現象により疲労破壊する材料を、高精度で評価するためには、腐食の進行と疲労き裂の進展とをそれぞれ個別に把握する必要がある。このため、従来、腐食環境下で用いられる材料の腐食疲労特性を評価する場合には、必要に応じて、以下に示す方法により評価していた。
まず、実際の腐食発生の環境条件に応じて、複合サイクル腐食試験（Ｃｙｃｌｉｃ  Ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ  Ｔｅｓｔ、ＣＣＴともいう。）の条件を設定する。また、実際の応力負荷条件に応じて、回転曲げ疲労試験の条件を設定する。その後、試験片に対して、ＣＣＴと回転曲げ疲労試験とを、別々の試験装置を用いて交互に複数回繰り返し行う。
【００１０】
しかし、ＣＣＴと回転曲げ疲労試験とを、別々の試験装置を用いて交互に繰り返し行う場合、非常に手間がかかる。このため、効率よく腐食特性および疲労特性を評価できるようにすることが要求されていた。
この要求に対応するために、一つの装置で連続してＣＣＴと回転曲げ疲労試験とを行うことが考えられる。しかし、腐食環境を模擬した環境下で、回転曲げ疲労試験を行うことのできる従来の疲労試験装置では、試験中に、腐食の発生する環境条件および応力負荷条件を変化させることは困難であり、連続してＣＣＴと回転曲げ疲労試験とを行うことはできなかった。このため、従来の回転曲げ疲労試験装置では、腐食環境下で用いられる材料の腐食特性および疲労特性を高精度で評価できなかった。
【００１１】
また、従来の回転曲げ疲労試験装置を用いて、高強度の鋼材の回転曲げ疲労試験を行った場合、評価のばらつきが大きいという問題があった。この問題は、特に、引張強度１０００ＭＰａ以上の高強度鋼の回転曲げ疲労試験を行った場合に顕著であった。
すなわち、高強度の鋼材では、回転曲げ疲労試験を行うことにより試験片に負荷される応力が高く、試験片の歪みが大きくなる。このため、試験中に試験片が発熱して軟化し、疲労寿命が本来の性能よりも短くなってしまう場合がある。その結果、疲労特性の評価のばらつきが大きくなってしまう。
【００１２】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、必要に応じて試験中に、環境条件や応力負荷条件を変化させることが可能であり、高精度で効率よく腐食特性および疲労特性を評価できる腐食疲労複合試験装置およびこれを用いた腐食疲労複合試験方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の要旨は以下のとおりである。
［１］  棒状の試験片の一端を軸回転自在に支持するとともに、前記試験片を変速可能に回転させる回転制御手段と、前記試験片の他端への荷重の負荷および除荷を行う荷重制御手段と、前記試験片への腐食液の滴下および停止を行う腐食液制御手段と、前記試験片を曝露する試験雰囲気を制御する雰囲気制御手段と、前記試験片を冷却する冷却手段と、前記回転制御手段と前記荷重制御手段と前記腐食液制御手段と前記雰囲気制御手段と前記冷却手段とを個別に制御する制御手段とを備えることを特徴とする腐食疲労複合試験装置。
［２］  前記制御手段は、前記回転制御手段と前記荷重制御手段と前記腐食液制御手段と前記雰囲気制御手段とを制御して、装置の動作を切り替えるモード選択手段を有し、前記動作が、荷重を除荷した前記試験片に前記腐食液を滴下しながら前記試験片を回転させる腐食液滴下モードと、前記腐食液滴下モードを行った後に連続して行われ、前記試験片の表面を乾燥させる腐食液乾燥モードと、前記試験片に荷重を負荷しながら前記試験片を回転させる疲労モードとを含むことを特徴とする［１］に記載の腐食疲労複合試験装置。
［３］  前記冷却手段が、前記モード選択手段によって制御されるものであり、前記疲労モードにおいて前記試験片を冷却することを特徴とする［２］に記載の腐食疲労複合試験装置。
［４］  前記回転制御手段は、前記腐食液滴下モードでは、前記試験片を回転速度５〜５００ｒｐｍ未満の低速回転で回転させ、前記疲労モードでは、前記試験片を回転速度５００〜１００００ｒｐｍの高速回転で回転させるものであることを特徴とする［２］または［３］に記載の腐食疲労複合試験装置。
［５］  前記荷重制御手段は、前記試験片の他端を、軸回転自在に鉛直下方に荷重により引っ張る荷重負荷手段と、前記試験片に負荷される荷重を除荷する荷重除荷手段とを備えることを特徴とする［１］〜［４］の何れかに記載の腐食疲労複合試験装置。
［６］  前記雰囲気制御手段は、前記試験片の前記試験雰囲気に曝露される部分を覆うチャンバーと、前記試験雰囲気の温度および湿度を制御する温湿度制御手段と、前記チャンバーに雰囲気ガスを供給するガス供給手段と、を備えることを特徴とする［１］〜［５］の何れかに記載の腐食疲労複合試験装置。
【００１４】
［７］  ［１］〜［６］の何れかに記載の腐食疲労複合試験装置を用いて、前記試験片の腐食を加速させる工程と、前記試験片の疲労を加速させる工程とを行うことを特徴とする腐食疲労複合試験方法。
［８］  前記試験片が、引張強度１０００ＭＰａ以上の高強度鋼であることを特徴とする［７］に記載の腐食疲労複合試験方法。
［９］  前記疲労を加速させる工程が、前記試験片を冷却し、前記試験片の他端に荷重を負荷しながら、前記試験片を回転させる工程を含むことを特徴とする［７］または［８］に記載の腐食疲労複合試験方法。
［１０］  前記疲労を加速させる工程が、前記試験片に前記腐食液を滴下しながら、および／または相対湿度３０〜１００％の試験雰囲気中で、前記試験片の他端に荷重を負荷しながら前記試験片を回転させる工程を含むことを特徴とする［７］または［８］に記載の腐食疲労複合試験方法。
【００１５】
［１１］  前記腐食を加速させる工程が、荷重を除荷した前記試験片に前記腐食液を滴下しながら前記試験片を回転速度５〜５００ｒｐｍ未満の低速回転で回転させ、前記試験片の表面に形成される腐食液膜の平均膜厚を２０μｍ〜２ｍｍとし、かつ前記試験片の周方向における前記腐食液膜の膜厚のばらつきを平均膜厚の５％以下とする工程を含むことを特徴とする［７］〜［１０］の何れかに記載の腐食疲労複合試験方法。
［１２］  前記腐食を加速させる工程が、荷重を除荷した前記試験片に前記腐食液を滴下しながら前記試験片を回転させる腐食液塗布処理と、前記腐食液塗布処理の後に連続して行われる試験片の表面を乾燥させる乾燥処理と、乾燥処理の後に連続して行われる試験片の表面を湿潤状態とする湿潤処理との組み合わせを、１回または複数回行なう工程を含み、前記腐食液塗布処理において前記試験片の表面に形成される腐食液膜を、前記乾燥処理により２００μｍ／ｓ以下の減少速度で乾燥させることを特徴とする［７］〜［１１］の何れかに記載の腐食疲労複合試験方法。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の腐食疲労複合試験装置は、回転制御手段と荷重制御手段と腐食液制御手段と雰囲気制御手段と冷却手段と、これらを個別に制御する制御手段とを備えているので、制御手段により、必要に応じて試験中に環境条件や応力負荷条件を変化させることが可能である。したがって、一つの装置で連続して、試験片の腐食を加速させる工程と試験片の疲労を加速させる工程とを行うことができ、例えば、ＣＣＴと回転曲げ疲労試験とを別個の装置を用いて行う場合と比較して、効率よく腐食疲労特性を評価できる。
【００１７】
また、本発明の腐食疲労複合試験装置を用いて、試験片の腐食を加速させる工程と試験片の疲労を加速させる工程とを行う場合、一定の腐食環境を模擬した環境下で腐食疲労試験を行う場合と比較して、実際の環境条件や応力負荷条件に対応する条件で試験片の腐食疲労特性を高精度で評価できる。したがって、本発明の腐食疲労複合試験装置は、例えば、自動車用懸架ばね等の腐食環境下で用いられる材料の腐食疲労特性を評価する際に好適に使用できる。
【００１８】
また、本発明の腐食疲労複合試験装置は、冷却手段を備えているので、試験中の必要に応じて試験片を冷却でき、試験片の発熱を抑制できる。例えば、高強度の鋼材の試験を行う場合に、試験片が試験中に発熱して軟化することを防止でき、評価のばらつきを小さくできる。したがって、本発明の腐食疲労複合試験装置は、例えば、引張強度が１８００ＭＰａ程度である自動車用懸架ばねや、引張強度が１２００ＭＰａ程度である高強度ボルトなどに用いる高強度の鋼材の腐食疲労特性を評価する際に好適に使用できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、本発明の腐食疲労複合試験装置の一例を説明するための概略斜視図である。
【図２】図２は、図１に示す腐食疲労複合試験装置の一部を説明するための説明図であり、回転制御手段を示した説明図である。
【図３】図３は、図１に示す腐食疲労複合試験装置の一部を説明するための説明図であり、荷重制御手段を示した説明図である。
【図４】図４は、図１に示す腐食疲労複合試験装置の一部を説明するための説明図であり、雰囲気制御手段を示した説明図である。
【図５】図５（ａ）は、図４に示す雰囲気制御手段のうちの一方と、それに接続された冷却手段を上方から見た概略模式図である。図５（ｂ）は、図４に示す雰囲気制御手段のうちの一方と、それに接続された腐食液制御手段および冷却手段を側面から見た概略模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の腐食疲労複合試験装置および腐食疲労複合試験方法について図面を参照して詳細に説明する。なお、以下に示す各図は、本発明を説明するための模式図であり、各図に記載した形状や寸法比などは実際とは異なる場合があり、以下の説明と公知の技術を参酌して適宜設計変更できる。
【００２１】
「腐食疲労複合試験装置」
図１は、本発明の腐食疲労複合試験装置の一例を説明するための概略斜視図である。図１に示す腐食疲労複合試験装置１０は、略直方体の本体１０ａと、本体１０ａ上に設置された回転制御手段２０と、回転制御手段２０を挟むように回転制御手段２０の両側に配置された雰囲気制御手段５０とを備えている。雰囲気制御手段５０は、後述するように、チャンバー５１と、温湿度制御手段（不図示）と、温湿度制御手段に接続されたガス供給手段５２とを備える。図１に示すように、雰囲気制御手段５０には、荷重制御手段３０と、腐食液制御手段４０と、冷却手段６０が取り付けられている。
なお、図１においては、腐食疲労複合試験装置１０の全体構成を説明しやすくするため、腐食液制御手段４０および冷却手段６０については、雰囲気制御手段５０との接続部分のみ示している。
【００２２】
また、図１に示す腐食疲労複合試験装置１０には、回転制御手段２０と荷重制御手段３０と腐食液制御手段４０と雰囲気制御手段５０と冷却手段６０のそれぞれを個別に制御する制御手段（不図示）が設けられている。回転制御手段２０と荷重制御手段３０と腐食液制御手段４０と雰囲気制御手段５０と冷却手段６０のそれぞれと、制御手段とは、図示しない配線などによって個別に接続されている。制御手段は、回転制御手段２０と荷重制御手段３０と腐食液制御手段４０と雰囲気制御手段５０と冷却手段６０を制御して、腐食疲労複合試験装置１０の動作を切り替えるモード選択手段（不図示）を有している。モード選択手段は、これらを個別に制御して、後述するように、装置の動作を切り替えるものである。
【００２３】
図１に示す腐食疲労複合試験装置１０は、４本の棒状の試験片を同時に試験できるものである。図１には、長手方向に垂直な断面が円形であって長手方向の外径が一定である４本の丸棒状の試験片（図１においては、４本のうち２本の試験片Ａ１、Ａ２の荷重制御手段３０に取り付けられた端部のみ図示。）が、腐食疲労複合試験装置１０に取り付けられている状態を示している。腐食疲労複合試験装置１０に取り付けられた４本の試験片は、全て図１に示すＹ軸方向に延在している。
【００２４】
本実施形態においては、腐食疲労複合試験装置を用いて、断面視円形で長手方向の外径が一定である丸棒状の試験片の試験を行う方法を例に挙げて説明するが、試験片の形状は棒状であればよく、本実施形態の試験片の形状に限定されない。例えば、断面視円形で長手方向中央部に両端部よりも外径の小さいくびれた部分を有する砂時計型であってもよいし、断面視円形であって中央部に、両端部よりも小さい一定の外径で長さ方向に延在する平行部を有する形状であってもよい。また、長手方向に垂直な断面の形状は、円形でなくてもよく、例えば、長手方向全体または一部の長手方向に垂直な断面形状が、矩形、六角形などの多角形であってもよい。具体的には、長手方向に垂直な断面の形状は、例えば、中央部が円形で、両端部が多角形であってもよい。
【００２５】
４本の試験片の一端は、全て回転制御手段２０に軸回転自在に支持されている。４本の試験片のうち２本（図１に示す試験片Ａ１および試験片Ａ２）は、回転制御手段２０の一方の側面側から、Ｙ軸方向に沿って雰囲気制御手段５０を貫通して延在している。また、４本の試験片のうち残りの２本は、回転制御手段２０の他方の側面側から、試験片Ａ１および試験片Ａ２とは反対側に、Ｙ軸方向に沿って雰囲気制御手段５０を貫通して延在している。図１に示す腐食疲労複合試験装置１０においては、４本の試験片は、回転制御手段２０を中心として２本ずつ対称に配置されている。各試験片の他端（図１では、試験片Ａ１および試験片Ａ２のみ図示。）には、それぞれ荷重制御手段３０のアダプター３（荷重負荷手段）が取り付けられている。
【００２６】
図２は、図１に示す腐食疲労複合試験装置の一部を説明するための説明図であり、試験片の取り付けられていない回転制御手段２０のケース２０ａ内を示した説明図である。
回転制御手段２０は、棒状の試験片の一端を軸回転自在に支持するとともに、試験片を変速可能に回転させるものである。図１に示す回転制御手段２０のケース２０ａ内には、図２に示すように、２つの回転駆動部２２と、各回転駆動部２２の回転軸方向（Ｙ軸方向）の両端部にそれぞれ設けられた把持部２１と、把持部２１に取り付けられる４つのコレットチャック２ａ（図２においては１つのみ図示）とを備えている。
【００２７】
各回転駆動部２２は、制御手段によって制御することにより、それぞれＹ方向を軸として所定の速さで回転するものである。図１に示す腐食疲労複合試験装置１０では、各回転駆動部２２が所定の速さで回転することに連動して、各回転駆動部２２の両端部にそれぞれ支持された試験片が、Ｙ方向を軸として所定の速さで回転するようになっている。
【００２８】
また、２つの回転駆動部２２は、回転駆動部２２の下方に設置された電動機軸（図示しない）によって駆動されるようになっている。２つの回転駆動部２２を駆動する電動機軸を共通にすることにより、４本の試験片を同じ回転速度で回転させることができる。また、２つの回転駆動部２２を駆動する電動機軸をそれぞれ別々にし、各回転駆動部２２の回転速度をそれぞれ異ならせることにより、４本の試験片を２本ずつ異なる回転速度で回転させるようにしてもよい。
【００２９】
回転制御手段２０は、回転駆動部２２を回転させることにより、例えば回転速度５〜５００ｒｐｍ未満の低速回転、または回転速度５００〜１００００ｒｐｍの高速回転で試験片を回転させることができる。
【００３０】
各回転駆動部２２の両端部には、コレットチャック２ａを把持する把持部２１がそれぞれ設けられている。コレットチャック２ａは、中心に試験片の一端を挿入する穴２ｂを有する筒状のものである。コレットチャック２ａは、穴２ｂの側面から放射状に形成されている切り込みの間隔を増減させることで、試験片の挿入される穴２ｂの内径が変化するようになっている。コレットチャック２ａを用いて、試験片を回転駆動部２２の把持部２１に取り付けることで、回転中の試験片の振動を抑制でき、評価のばらつきを小さくできるとともに、試験片を容易かつ確実に回転駆動部２２に着脱できる。
【００３１】
図３は、図１に示す腐食疲労複合試験装置の一部を説明するための説明図であり、試験片の取り付けられていない荷重制御手段３０の各部材を別々に示した説明図である。荷重制御手段３０は、試験片の他端への荷重の負荷および除荷を行うものである。図１および図３に示すように、荷重制御手段３０は、アダプター３（荷重負荷手段）と、おもり台座４と、アダプター受け台５と、シリンダー６（荷重除荷手段）とを有している。
【００３２】
アダプター３（荷重負荷手段）は、試験片の他端を、軸回転自在に鉛直下方に、荷重によって引っ張るものである。図３に示すように、アダプター３は、試験片の他端に取り付けられる試験片取り付け部３ａと、おもり台座４が取り付けられる台座取り付け部３ｂと、試験片取り付け部３ａと台座取り付け部３ｂとを接続する蝶番３ｃとを有している。
試験片取り付け部３ａは、矩形板状のものであり、中心にベアリング３ｄが配置されている。ベアリング３ｄの内側には、試験片の他端が取り付けられる孔が設けられている。ベアリング３ｄは、試験片の回転軸方向（図１におけるＹ方向）の位置が不動であり、試験片の回転方向には自在に動作するものである。
【００３３】
図３に示すように、台座取り付け部３ｂの上部３ｆは、略Ｕ字型の形状を有するものであり、試験片取り付け部３ａの両側面と下面とを囲むように形成されている。また、台座取り付け部３ｂの下部３ｇは、上部３ｆと幅方向中心の位置が揃えられているものであり、上部３ｆよりも幅の狭い板状のものである。台座取り付け部３ｂの下部３ｇの幅方向中心部には、おもり台座４を取り付けるための穴部３ｅが形成されている。
蝶番３ｃは、アダプター３の両側面にそれぞれ設けられている。蝶番３ｃは、試験片取り付け部３ａの側面と、試験片取り付け部３ａの側面に対向する台座取り付け部３ｂの壁面とを接続するものである。蝶番３ｃは、試験片取り付け部３ａに対して、図１におけるＸ方向を軸として、回転自在に台座取り付け部３ｂを支持するものである。
【００３４】
図１に示す腐食疲労複合試験装置１０では、試験片の取り付けられたアダプター３の試験片取り付け部３ａに、蝶番３ｃによって台座取り付け部３ｂが接続されている。そして、台座取り付け部３ｂには、おもり台座４が取り付けられている。したがって、図１に示す腐食疲労複合試験装置１０では、おもり台座４に所定のおもりを載せて、おもり台座４およびアダプター３を介して、試験片に鉛直下向きの曲げ荷重を付加することができる。よって、図１に示す腐食疲労複合試験装置１０では、試験片に鉛直下向きの曲げ荷重を付加しながら、回転制御手段２０により試験片を回転させて、試験片の表面の回転軸方向に１回転ごとに圧縮と引張の荷重を繰り返し負荷できる。なお、図１に示す腐食疲労複合試験装置１０では、アダプター３がベアリング３ｄおよび蝶番３ｃを有しているため、試験片の回転や曲げ荷重によるたわみに影響されることなく、試験片の他端に常に鉛直下向きの荷重を負荷できる。
【００３５】
図３に示すように、おもり台座４は、アダプター３の台座取り付け部３ｂの穴部３ｅに取り付けられるフック４ａと、おもりを載せる台座４ｃと、フック４ａと台座４ｃとを繋ぐ軸部材４ｂとを有している。台座４ｃは、平面視略円形状であり、軸部材４ｂは、台座４ｃの略中心に、台座４ｃに対して略垂直に接続されている。
図３に示すおもり台座４は、フック４ａをアダプター３の穴部３ｅにかけることによって、アダプター３に取り付けられるものである。このため、おもり台座４によって、容易にアダプター３に鉛直下向きの荷重を負荷できる。
【００３６】
図１および図３に示すように、おもり台座４の下面には、シリンダー６（荷重除荷手段）が配置されている。シリンダー６は、制御手段によって制御することにより、上下に伸縮可能なものである。
シリンダー６を上方向に伸ばして、シリンダー６の上面６ａを台座４の下面に接触させると、アダプター３に負荷されていたおもり台座４とおもり台座４に載せられたおもりの荷重が、シリンダー６に移動する。このことにより、アダプター３から試験片に負荷される荷重が除荷される。
【００３７】
また、シリンダー６を下方向に縮めて、シリンダー６の上面６ａと台座４の下面とを離間させると、シリンダー６に負荷されていたおもり台座４とおもり台座４に載せられたおもりの荷重が、アダプター３に移動する。このことにより、アダプター３から試験片に荷重が負荷される。
したがって、シリンダー６を制御手段によって制御して、シリンダー６を上下に伸縮させて上面６ａの位置を変化させることで、試験片の他端への荷重の負荷と、試験片の他端への荷重の除荷とを切替できる。
【００３８】
図１および図３に示すように、アダプター受け台５は、板状部材である。図３に示すアダプター受け台５は、図１に示す腐食疲労複合試験装置１０の本体１０ａ上に固定されている取り付け部５ｃと、腐食疲労複合試験装置１０の本体１０ａ上の縁部から張り出した状態で支持されている張り出し部５ａとを有している。張り出し部５ａの中心部には、アダプター受け台５を貫通する孔５ｂが設けられている。孔５ｂの平面形状は、図３に示すように、アダプター３の台座取り付け部３ｂの下部３ｇの断面形状よりも大きく、上部３ｆの断面形状よりも小さい形状となっている。
【００３９】
図１および図３に示すように、アダプター受け台５は、略水平に腐食疲労複合試験装置１０の本体１０ａ上に、ボルトやナットなどを用いて固定されている。アダプター受け台５の孔５ｂには、アダプター３の台座取り付け部３ｂの下部３ｇが挿入されている。なお、本実施形態では、疲労試験を開始してから試験片が破断するまでの間は、アダプター受け台５とアダプター３とが非接触になるように、アダプター受け台５とアダプター３との配置を調整している。したがって、試験中にアダプター受け台５とアダプター３とが接触して、アダプター３に負荷される荷重の一部が、アダプター受け台５に負荷されることはなく、高精度で試験を行うことができる。
【００４０】
アダプター受け台５は、腐食疲労複合試験装置１０を用いて疲労試験を行って、試験片が破断した際に、アダプター３を受け止め、破断した試験片を支持するものである。アダプター受け台５が設けられていることにより、破断した試験片および試験片に取り付けられたアダプター３が腐食疲労複合試験装置１０から落下することを防止でき、試験片の破断面が傷つくことを防止できる。したがって、試験片の破面観察により、破面の形態や破壊の起点などを高精度で評価できる。
【００４１】
アダプター受け台５は、アダプター３との接触を防止するために、アダプター受け台５の上面とアダプター３の台座取り付け部３ｂの上部３ｆとの間隔を、５ｍｍ以上離間させて配置されていることが好ましい。また、アダプター受け台５の上面とアダプター３の台座取り付け部３ｂの上部３ｆとの間隔は、試験片が破断した際にアダプター３を確実に受け止められるように、２００ｍｍ以下であることが好ましい。
【００４２】
図４は、図１に示す腐食疲労複合試験装置の一部を説明するための説明図であり、試験片の取り付けられていない雰囲気制御手段５０を示した説明図である。なお、図４においては、図面を見やすくするため、腐食液制御手段４０および冷却手段６０については、雰囲気制御手段５０との接続部分のみ示している。冷却手段６０の接続部分以外の部分については、図５（ａ）および図５（ｂ）を用いて説明する。また、腐食液制御手段４０の接続部分以外の部分については、図５（ｂ）を用いて説明する。
【００４３】
図５（ａ）は、図４に示す雰囲気制御手段５０のうちの一方と、それに接続とされた冷却手段６０を上方から見た概略模式図である。図５（ｂ）は、図４に示す雰囲気制御手段５０のうちの一方と、それに接続とされた腐食液制御手段４０および冷却手段６０を側面から見た概略模式図である。図５（ａ）および図５（ｂ）において、符号Ａ１、Ａ２は試験片を示しており、図５（ａ）および図５（ｂ）には、試験片Ａ１、Ａ２が設置されている雰囲気制御手段５０を示している。
【００４４】
図１に示す腐食疲労複合試験装置においては、図１および図４に示すように、雰囲気制御手段５０は、２つ設けられている。２つの環境制御手段５０は、図１に示すように、回転制御手段２０を挟んで対称配置されている。
雰囲気制御手段５０は、図示しない制御手段によって制御されることにより、試験片Ａ１、Ａ２を曝露する試験雰囲気を制御するものである。雰囲気制御手段５０は、図４、図５（ａ）および図５（ｂ）に示すように、チャンバー５１と、温湿度制御手段（不図示）と、温湿度制御手段に接続されたガス供給手段５２（供給口５５及び排出口５６）とを備えている。
【００４５】
図４に示すチャンバー５１は、四角柱状の外形を有する箱状のものであり、図５（ａ）に示すように、チャンバー５１を貫通する２つの試験片Ａ１、Ａ２における試験雰囲気に曝露される部分を覆うようになっている。したがって、図１に示す腐食疲労複合試験装置１０では、試験片Ａ１、Ａ２のチャンバー５１内に設置されている部分を、チャンバー５１内の制御された試験雰囲気として試験できる。
【００４６】
チャンバー５１の回転制御手段２０側（内側）の側面（図４参照）には、図５（ａ）に示すように、チャンバー５１に試験片Ａ１、Ａ２を貫通させるための開口部５４が形成されている。また、チャンバー５１の荷重制御手段３０側（外側）の側面（図４参照）における開口部５４と対向する位置には、開口部５３が形成されている。
図５（ａ）に示すように、開口部５３、５４のチャンバー５１の内面側の縁部と、試験中に回転する試験片Ａ１、Ａ２とが摺合する部分には、Ｏリング５７が配置されている。本実施形態においては、Ｏリング５７は、円柱状の試験片Ａ１、Ａ２の直径よりも０．５ｍｍ程度直径の小さいものとされている。
【００４７】
Ｏリング５７は、図５（ａ）に示すように、チャンバー５１に試験片Ａ１、Ａ２が設置されることにより、試験片Ａ１、Ａ２によって、開口部５３、５４のチャンバー５１の内面側の縁部に押し付けられる。また、Ｏリング５７は、試験中の試験片Ａ１、Ａ２とともに回転し、開口部５３、５４のチャンバー５１の内面側の縁部と摺合する。本実施形態においては、図５（ａ）に示すように、チャンバー５１の開口部５３、５４と試験片Ａ１、Ａ２とが摺合する部分に、Ｏリング５７が配置されているので、チャンバー５１内からの試験雰囲気の漏洩が防止される。
【００４８】
試験雰囲気は、試験の目的に応じて決定でき、特に限定されるものではなく、例えば、所定の温度及び湿度に調整された空気や、所定の温度及び湿度に調整された空気中に所定量の腐食ガスを添加したものなどを用いることができる。
温湿度制御手段は、図示しない制御手段によって制御することにより、試験雰囲気の温度および湿度を制御するものである。温湿度制御手段は、配管（図示略）を介して供給された試験雰囲気となる雰囲気ガスを、温度２０〜８０℃、相対湿度２０〜１００％の範囲内の所定の温度及び湿度に調整して、配管（図示略）を介してガス供給手段５２に供給するものであることが好ましい。温湿度制御手段としては、特に限定されるものではなく、例えば、除湿装置、加湿装置、ヒーターなどの加熱装置、冷却装置を有するものを用いることができる。
【００４９】
ガス供給手段５２は、図示しない制御手段によって制御することにより、コンプレッサーなどを用いて、温湿度制御手段から供給された試験雰囲気となる雰囲気ガスを、所定の流量でチャンバー５１に供給し、排出するものである。ガス供給手段５２は、図４、図５（ａ）および図５（ｂ）に示すように、供給口５５と排出口５６とを有している。供給口５５は、チャンバー５１の回転制御手段２０側の側面と概ね直交する方向に設けられた一方の側面に設けられている。排出口５６は、供給口５５の設けられている側面と対向する側面に設けられている。排気口５６には、ダンパーが具備されていることが好ましい。
【００５０】
供給口５５には、温湿度制御手段に接続された配管（図示略）が接続されており、温湿度制御手段によって温度および湿度の調整された雰囲気ガスが供給されるようになっている。供給口５５を介して所定の流量で供給された雰囲気ガスは、チャンバー内に充満して試験雰囲気として使用されつつ排出口５６に向かって流れ、排気口５６からチャンバー５１の外へと放出される。
【００５１】
排気口５６にダンパーが具備されている場合には、試験雰囲気の温度および／または湿度を変更する際にダンパーを閉状態とし、チャンバー５１内の温度および／湿度が概ね一定となった時点でダンパーを開状態とすることができる。このことにより、チャンバー５１内の試験雰囲気を変更する場合に、試験雰囲気が非定常状態となっている間の時間を短縮でき、好ましい。
【００５２】
腐食液制御手段４０は、図示しない制御手段によって制御することにより、試験片Ａ１、Ａ２への腐食液の滴下および停止を行うものである。腐食液制御手段４０は、図５（ｂ）に示すように、チャンバー５１の上面に取り付けられたノズル４１と、チューブポンプ４３と、ノズル４１とチューブポンプ４３とを接続する樹脂などからなるチューブ４２と、タンク４４と、チューブポンプ４３とタンク４４とを接続するチューブ４５とを有している。
【００５３】
ノズル４１は、試験片Ａ１、Ａ２に腐食液を滴下するものである。ノズル４１は、図５（ｂ）に示すように、チャンバー５１の上面の平面視で試験片Ａ１、Ａ２の配置される位置と重なる位置に設けられている。
図５（ｂ）に示すように、タンク４４には、腐食液が収容されている。タンク４４内に収容された腐食液の液面下には、樹脂などからなるチューブ４５の一端が差し込まれている。チューブ４５の一端は、チューブ４５の自重によりタンク４４の底部に沈降設置されている。
【００５４】
チューブポンプ４３は、図示しない制御手段によって制御することにより、ノズル４１から試験片Ａ１、Ａ２に滴下する腐食液を、予め設定された供給量よび滴下時間で、チューブ４２に供給するものである。制御手段によってチューブポンプ４３の「ＯＮ」「ＯＦＦ」を切り替えることによって、ノズル４１から試験片Ａ１、Ａ２への腐食液の滴下が「開始」「停止」される。
腐食液は、試験の目的に応じて決定でき、特に限定されるものではなく、例えば、ＪＩＳ  Ｚ２３７１に規定される試験用塩溶液とすることができる。
【００５５】
図４、図５（ａ）および図５（ｂ）に示すように、チャンバー５１の上面の平面視で中央部には、試験片Ａ１、Ａ２を冷却する冷却手段６０のノズル６１が設けられている。ノズル６１は、チャンバー５１外に設置された図示しない冷却ガス供給手段に接続されている。冷却ガス供給手段は、所定の温度および流量の冷却ガスを、ノズル６１に供給するものである。例えば、冷却ガス供給手段としては、コンプレッサーを用いて、冷却ガスをノズル６１に供給するものが挙げられる。
【００５６】
冷却ガスは、試験の目的に応じて決定でき、特に限定されるものではなく、例えば、冷却空気を用いることができる。冷却ガスの温度は、試験片の材料や、冷却ガスの種類、試験の目的に応じて決定でき、特に限定されるものではない。
冷却ガスの温度および流量は、試験中の試験片の温度が１０℃以上、２５０℃未満の範囲となるように制御することが好ましい。試験中の冷却ガスの温度および流量は、必要に応じて、制御手段によって変更することができる。
【００５７】
試験中の試験片の温度が２５０℃未満であると、試験片が鋼材からなるものである場合、過時効、回復、再結晶等の現象により試験片の材質が変化する（軟質化する）ことを防止できる。また、試験中の試験片の温度を１０℃未満とするには、コストがかかるため、試験中の試験片の温度は１０℃以上であることが好ましい。
【００５８】
図５（ａ）および図５（ｂ）に示すように、ノズル６１は、チャンバー５１内で２つに分岐され、チャンバー５１内に設置されている２つの試験片Ａ１、Ａ２の近傍にそれぞれ噴出口を有する分岐ノズル６２を有している。本実施形態の冷却手段６０は、分岐ノズル６２を有しているので、チャンバー５１内に設置された２つの試験片Ａ１、Ａ２のそれぞれに、冷却ガスを効率よく供給できる。
【００５９】
また、ノズル６１は、冷却ガスを乾燥させる乾燥フィルター（不図示）を、内部に備えていることが好ましい。冷却ガスとして空気を用いる場合、季節や天気による大気中の湿度の変動によって冷却ガスの湿度が変動することにより、冷却ガスの熱伝達率が不安定となりやすい。ノズル６１内の乾燥フィルターを通過させて、冷却ガスを乾燥させることで、湿度の安定した冷却ガスが得られる。よって、冷却ガスとして空気を用いる場合に、大気中の湿度の変動による冷却ガスの冷却能力への影響を軽減でき、さらに高精度で腐食疲労特性を評価できる。
【００６０】
図１に示す腐食疲労複合試験装置１０の制御手段は、回転制御手段２０と荷重制御手段３０と腐食液制御手段４０と雰囲気制御手段５０と冷却手段６０とを制御して、腐食疲労複合試験装置１０の動作を切り替えるモード選択手段（不図示）を備えている。図１に示す腐食疲労複合試験装置１０では、モード選択手段から制御手段に送られる制御信号によって、試験片の回転速度、試験片への荷重の負荷・除荷、腐食液の滴下・停止、試験雰囲気の温度・湿度、試験片の冷却の有無が、それぞれ個別に変更される。モード選択手段によるこれらの制御機能は、コンピュータのＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）やＲＯＭ（リードオンリーメモリ）等に記憶されたプログラムが動作することによって実現される。
【００６１】
モード選択手段によって、切り替えられる動作としては、例えば、以下に示す４つのモードが挙げられる。
（１）荷重を除荷した試験片に腐食液を滴下しながら試験片を回転させる腐食液滴下モード。
（２）前記腐食液滴下モードを行った後に連続して行われ、前記試験片の表面を乾燥させる腐食液乾燥モード。
（３）試験片に荷重を負荷しながら試験片を回転させる疲労モード。
（４）疲労モードの前に試験片の表面を湿潤状態とする湿潤モード。
【００６２】
モード選択手段によって切り替えられる動作は、４本の試験片について全て同じ動作でもよいし、同じチャンバー内に配置される試験片が同じ試験雰囲気であれば、それぞれ異なる動作で試験を行ってもよい。
【００６３】
（腐食液滴下モード）
腐食液滴下モードでは、荷重を除荷した試験片に腐食液を滴下しながら試験片を回転させる。腐食液滴下モードでは、試験片に腐食液を均一に塗布する。なお、腐食液滴下モードでは、荷重を除荷しているので、疲労き裂の発生および進展に影響しない。
腐食液滴下モードでは、後述する腐食液乾燥モードにおける局所的な腐食成分の濃化による評価のバラツキを防止するために、試験片の表面に形成される腐食液膜を周方向に均一に付着させることが好ましい。このため、腐食液滴下モードでは、試験片の回転速度を腐食液の粘性などに応じた低速にすることが好ましい。
【００６４】
具体的には、腐食液滴下モードでは、回転制御手段２０によって、試験片を回転速度５〜５００ｒｐｍ未満の低速回転で回転させることが好ましく、より望ましい回転速度は５０〜２００ｒｐｍである。試験片の回転速度を５００ｒｐｍ未満の低速回転にすると、腐食液を薄膜状態で試験片に安定的に付着させることができる。また、試験片の回転速度を５ｒｐｍ以上にすると、流体である腐食液に重力が作用して、腐食液が試験片の表面から下方に垂れ下がってしまうことを防止できる。よって、腐食液を試験片の周方向に安定的に付着させることができる。
したがって、例えば腐食液として人工海水を用い、試験片の回転速度を上記範囲にした場合、試験片の表面に形成される腐食液膜の平均膜厚が容易に２０μｍ〜２ｍｍとなるとともに、試験片の周方向における腐食液膜の膜厚のばらつきが平均膜厚の５％以下となる。
【００６５】
試験片の回転速度が５００ｒｐｍ以上であると、試験片の回転による遠心力が、粘性力によって試験片とともに回転運動している腐食液の付着力よりも強くなりやすくなるため、腐食液が試験片から離脱して飛散しやすくなる。また、回転速度が５ｒｐｍ未満になると、腐食液が試験片の表面から下方に垂れ下がってしまい、試験片の周方向における腐食液膜の膜厚のばらつきが大きくなり、試験片における腐食発生の環境条件が不均一となりやすくなる。
【００６６】
腐食液滴下モード時の腐食液膜の平均膜厚および腐食液膜の膜厚のばらつきは、以下に示す方法により算出したものである。
まず、図１に示すＺ方向（上方）から、試験片の表面の位置（丸棒状の試験片では長手方向の中央部、砂時計型の試験片では外径の最も小さい部分、平行部を有する試験片では平行部）を予め光学的に撮影する。次に、腐食液滴下モードを開始して、試験片の撮影位置と同位置で５０ｍｓ毎に光学的に連続撮影された腐食液膜外面の位置を測定し、予め撮影した試験片の表面の位置との差異を個々の液膜厚みとして算出する。そして、腐食液滴下モードの任意の１分間、個々の液膜厚みの３０００点の全データを平均したものを腐食液膜の平均膜厚とする。また、個々の液膜厚みの３０００点のデータにおいて、最大値と最小値の差異を腐食液膜のばらつきと定義する。
【００６７】
腐食液滴下モードにおける腐食液の滴下量は、試験片の材料からなる製品が実際に使用される環境条件に応じて決定される。試験片における腐食発生の環境条件を均一とするためには、腐食液制御手段４０によって、腐食液の滴下量を０．１〜３０ｍＬ／ｍｉｎとすることが好ましい。腐食液の滴下量が上記範囲内であると、腐食液を薄膜状態で試験片に安定的に付着させることができる。腐食液の滴下量を０．１ｍＬ／ｍｉｎ以上とすることで、試験片の周方向全体にわたって均一に腐食液を付着させることができる。また、腐食液の滴下量を３０ｍＬ／ｍｉｎ以下とすることで、必要以上に腐食液の使用量が増大することを抑制できる。
【００６８】
（腐食液乾燥モード）
腐食液乾燥モードは、腐食液滴下モードを行った後に連続して行う。腐食液乾燥モードでは、荷重を除荷した試験片の表面を乾燥させる。腐食液乾燥モードでは、腐食液に含まれる腐食成分（例えば、人工海水中の塩化物など）を試験片の表面で濃化する。
腐食液乾燥モードでは、回転制御手段２０によって、試験片を回転速度５〜５００ｒｐｍの範囲で回転させて行うことが好ましく、より望ましい回転速度は１０〜１００ｒｐｍである。腐食液乾燥モードにおいて試験片を回転させることで、試験片の乾燥が促進される。腐食液乾燥モードでは、荷重を除荷しているので、荷重の負荷に起因する現象を考慮する必要はない。
【００６９】
腐食液乾燥モードでは、雰囲気制御手段５０によって、チャンバー５１内の試験雰囲気を、温度４０〜５０℃の高温、相対湿度２０以上、３０％未満の乾燥状態とすることが好ましい。このことにより、腐食液滴下モードにおいて形成した周方向の膜厚が均一な腐食液膜の状態を維持したまま、腐食液乾燥モードにおいて、腐食液膜の減少速度を１０μｍ／ｓ以上２００μｍ／ｓ以下とすることができる。これにより、試験片に乾燥ムラが生じることを防止できる。したがって、試験片の表面での腐食成分の濃化の局所的なバラツキを抑制できるとともに、効率よく試験を行うことができる。
【００７０】
腐食液乾燥モードにおいて、チャンバー５１内の試験雰囲気を、温度５０℃超、相対湿度２０％以下にすると、腐食液膜の減少速度が２００μｍ／ｓを超えやすくなり、試験片の乾燥ムラが生じやすくなる。
また、腐食液乾燥モードでの腐食液膜の減少速度の下限は、機能的に特に規定しないが、１０μｍ／ｓ以上とすることで、腐食液膜の乾燥に時間がかかりすぎて、試験効率を低下させることを防止できる。
【００７１】
腐食液乾燥モードでの腐食液膜の減少速度は、以下に示す方法により調べたものである。
すなわち、腐食液滴下モード時に算出した腐食液膜の平均膜厚の測定と同様にして、腐食液乾燥モードを開始してから１分間毎の平均膜厚を、連続して３０分間測定し、合計３０点のデータから腐食液膜の平均の減少速度を求めた。
【００７２】
（湿潤モード）
湿潤モードは、必要に応じて、腐食液乾燥モードを行った後に連続して行う。湿潤モードでは、腐食液乾燥モードの後に荷重を除荷した試験片の表面を湿潤状態とする。湿潤モードでは、腐食液乾燥モードによって試験片の表面に濃化された腐食成分を、水分によってイオン化させて、試験片の表面における腐食ピットの生成および成長を促す。
湿潤モードでは、雰囲気制御手段５０によって、チャンバー５１内の試験雰囲気を、温度２０〜４０℃の低温、相対湿度３０〜１００％の湿潤状態とすることが好ましい。このことにより、試験片の表面における腐食ピットの生成および成長が促進される。湿潤モードでは、荷重を除荷しているので、荷重の負荷に起因する現象を考慮する必要はない。
【００７３】
腐食液滴下モードと腐食液乾燥モードと湿潤モードとをこの順で連続して行う組み合わせを、１回または複数回繰り返して行なうことで、例えば、腐食の進行や、試験片中への水素の侵入が促進され、試験片の腐食がさらに加速される。
【００７４】
（疲労モード）
疲労モードでは、試験片に荷重を負荷しながら試験片を回転させる。疲労モードでは、試験片の疲労を加速させる。疲労モードでは、腐食液滴下モードよりも高速で回転させることが好ましい。具体的には、疲労モードでは、試験片を回転速度５００〜１００００ｒｐｍの高速回転で回転させることが好ましい。回転速度が１００００ｒｐｍ以下であると、試験中に、試験片の取り付けに起因する予期せぬ試験片の振動が発生することを防止できる。また、回転速度を５００ｒｐｍ以上とすることで、効率よく疲労試験を行うことができる。
【００７５】
疲労モードを行うことにより、例えば、引張強度１０００ＭＰａ以上の高強度鋼からなる試験片を評価する場合、冷却手段６０によって試験片を冷却しながら行うことが好ましい。具体的には、例えば、モード選択手段によって冷却手段６０を制御して、冷却手段６０のノズル６１から試験片の荷重負荷部分に、冷却空気などの冷却ガスを吹き付けて試験片を冷却することが好ましい。疲労モードにおいて、冷却手段６０によって試験片を冷却し、試験片の発熱を抑制することで、高強度の鋼材からなる試験片の加熱による軟化を防止できる。冷却手段６０によって試験片を冷却する場合、冷却手段６０からの冷却ガスがチャンバー５１内の試験雰囲気に影響を与えるため、雰囲気制御手段５０によって試験雰囲気を制御しなくてもよい。
【００７６】
冷却手段６０によって試験片を冷却せずに、疲労モードを行うことにより、高強度の鋼材からなる試験片を評価すると、試験片が発熱し、試験片の表面の酸化皮膜が厚くなって、金色や青色に変色する（テンパーカラーが着く）ことがある。テンパーカラーが着いた試験片では、試験中の試験片の温度が３００〜５００℃に上昇して、試験片が軟化したために、疲労寿命が本来の性能よりも短くなる場合がある。このため、試験片の評価のばらつきが大きくなる。特に、引張強度１０００ＭＰａ以上の高強度鋼からなる試験片では、評価のばらつきが顕著となる。
【００７７】
疲労モードにおいて冷却手段６０によって試験片を冷却する場合、試験片が高強度の鋼材からなるものであっても、試験片の加熱による軟化を防止できるので、評価のばらつきを小さくできる。
また、疲労モードを行うことにより高強度の鋼材からなる試験片を評価する場合には、試験片の回転速度を５００〜１００００ｒｐｍとし、試験材の引張強度が低い場合よりも遅く、例えば７００ｒｐｍ以下、より好ましくは５５０ｒｐｍ以下としてもよい。この場合、試験片の発熱を抑制することができ、高強度の鋼材からなる試験片の加熱による軟化を防止できる。
【００７８】
なお、試験材の引張強度が低い（例えば、引張強度７００ＭＰａ以下）場合には、疲労モードを行っても、試験片に負荷される応力が低いため、試験片の歪みも小さい。よって、試験片を冷却しなくても、疲労モードを行うことによる試験片の温度上昇が少なく、表面にテンパーカラーが着くことはないし、評価のばらつきも充分に小さくなる。
【００７９】
また、疲労モードは、疲労試験の目的に応じて、腐食液乾燥モードの後に湿潤モードを行わずに、試験片の表面を湿潤状態としながら行ってもよい。この場合、試験片の疲労が加速されるとともに、試験片の腐食も加速される。
より詳細には、疲労モードにおいて、腐食液乾燥モードによって試験片の表面に濃化された腐食成分を、雰囲気中の水分によってイオン化させ、試験片の表面における腐食ピットの生成および成長を促す。試験片の表面を湿潤状態としながら疲労モードを行う場合、雰囲気制御手段５０によって、チャンバー５１内の試験雰囲気を、温度２０〜４０℃の低温、相対湿度３０〜１００％の湿潤状態とすることが好ましい。このことにより、試験片の表面における腐食ピットの生成および成長が促進される。
【００８０】
また、疲労モードは、疲労試験の目的に応じて、試験片に腐食液を滴下しながら行ってもよい。
【００８１】
「腐食疲労複合試験方法」
次に、本発明の腐食疲労複合試験方法の一例として、図１に示す腐食疲労複合試験装置１０を用いて、試験片の腐食を加速させる工程と、試験片の疲労を加速させる工程とを行う方法を例に挙げて説明する。
本実施形態においては、試験片の腐食を加速させる工程を行った後に、試験片の疲労を加速させる工程を行い、その後、試験片が破断するまで、試験片の腐食を加速させる工程と試験片の疲労を加速させる工程とを交互に繰り返し行う。
本実施形態においては、４本の試験片について全て同じ条件で試験を行ってもよいし、同じチャンバー内に配置される試験片が同じ試験雰囲気であれば、それぞれ異なる条件で試験を行ってもよい。
【００８２】
（腐食を加速させる工程）
試験片の腐食を加速させる工程としては、試験片の腐食を加速できる工程であればよく、特に限定されないが、荷重を除荷した試験片に腐食液を滴下しながら試験片を回転させる工程であることが好ましく、以下の（ａ１）または（ａ２）に示す工程を、予め設定された時間で行うことがより好ましい。試験片の腐食を加速させる工程は、以下の（ａ１）と（ａ２）とを組み合わせた工程であってもよい。
【００８３】
（ａ１）荷重を除荷した試験片に腐食液を滴下しながら試験片を回転速度５〜５００ｒｐｍ未満の低速回転で回転させる工程。この工程では、試験片の表面に形成される腐食液膜の平均膜厚を２０μｍ〜２ｍｍとし、かつ試験片の周方向における腐食液膜の膜厚のばらつきを平均膜厚の５％以下とする。（ａ１）に示す工程は、後述する（ｂ２）を含む工程と組み合わせることが好ましい。
（ａ２）荷重を除荷した試験片に腐食液を滴下しながら試験片を回転させる腐食液塗布処理と、腐食液塗布処理の後に連続して行われる試験片の表面を乾燥させる乾燥処理と、乾燥処理の後に連続して行われる試験片の表面を湿潤状態とする湿潤処理との組み合わせを、１回または複数回行なう工程を含み、腐食液塗布処理において試験片の表面に形成される腐食液膜を、乾燥処理により２００μｍ／ｓ以下の減少速度で乾燥させて腐食成分を濃化させ、湿潤処理により濃化した腐食成分をイオン化させる。（ａ２）に示す工程は、後述する（ｂ１）を含む工程と組み合わせることが好ましい。
【００８４】
上記の（ａ１）に示す工程は、モード選択手段により、装置の動作を「腐食液滴下モード」に切り替えることにより行う。
上記の（ａ２）に示す工程は、モード選択手段により、装置の動作を「腐食液滴下モード」に切り替えた後、「腐食液乾燥モード」に切り替え、その後「湿潤モード」に切り替えることを、１回または複数回行う。
【００８５】
（疲労を加速させる工程）
疲労を加速させる工程としては、試験片の疲労を加速できる工程であればよく、特に限定されないが、試験片に荷重を負荷しながら試験片を回転させる工程であることが好ましく、例えば、以下の（ｂ１）〜（ｂ３）に示すいずれかの工程を、予め設定された時間で行うことが好ましい。なお、試験片が、引張強度１０００ＭＰａ以上の高強度鋼である場合には、以下の（ｂ１）に示す工程を行うことが好ましい。また、試験片の腐食を加速させる工程は、以下の（ｂ１）〜（ｂ３）のうちの２以上の工程を組み合わせた工程であってもよく、例えば、以下の（ｂ１）と（ｂ３）とを組み合わせた工程、または以下の（ｂ２）と（ｂ３）とを組み合わせた工程であってもよい。
【００８６】
（ｂ１）試験片の他端に荷重を負荷し、試験片を冷却しながら、試験片を回転させる工程。
（ｂ２）相対湿度３０〜１００％の試験雰囲気中で試験片の他端に荷重を負荷しながら試験片を回転させる工程。
（ｂ３）試験片に腐食液を滴下し、試験片の他端に荷重を負荷しながら試験片を回転させる工程。
上記の（ｂ１）〜（ｂ３）に示す工程は、モード選択手段により、装置の動作を「疲労モード」に切り替えることにより行う。
【００８７】
本実施形態においては、上記の（ａ１）または（ａ２）に示す工程と、（ｂ１）〜（ｂ３）に示す工程とは、如何なる組み合わせで行ってもよく、試験片の材料や試験の目的などに応じて決定できる。
また、本実施形態においては、試験片の腐食を加速させる工程および試験片の疲労を加速させる工程を、それぞれ予め設定された時間で行うことにより、試験片の腐食を加速させる工程と疲労を加速させる工程とを交互に繰り返し行うことが好ましいが、試験片の腐食を加速させる工程の後に、疲労を加速させる工程を一回のみ試験片が破断するまで連続して行ってもよい。
【００８８】
上述した（ｂ１）に示す工程では、チャンバー５１内に試験片を冷却する冷却ガスが供給される。このため、（ｂ１）に示す工程においては、チャンバー５１内の試験雰囲気を制御しにくくなる。よって、（ｂ１）に示す工程では、雰囲気制御手段５０によるチャンバー５１内の試験雰囲気の制御を行わないことが好ましい。
【００８９】
また、（ｂ２）に示す工程において、試験片を冷却すると、冷却ガスによって相対湿度が不安定となりやすい。このため、（ｂ２）に示す工程においては、試験片を冷却しないことが好ましい。
また、（ｂ２）に示す工程は、（ａ１）または（ａ２）に示す工程の後に行うことが好ましい。この場合、（ｂ２）に示す工程を行う際の試験片の表面には、均一に腐食液中の溶質成分が晶出している。したがって、（ｂ２）に示す工程において、チャンバー５１内の試験雰囲気を温度２０〜４０℃の低温、相対湿度３０〜１００％の湿潤状態にすると、腐食ピットが生成され、疲労き裂が促進される。
【００９０】
また、試験片に腐食液を滴下しながら試験片を冷却すると、試験片の表面への腐食液の塗布が不安定となりやすい。このため、試験片への腐食液の滴下と、試験片の冷却とを、同時に行わないことが好ましい。
【００９１】
なお、本発明の腐食疲労複合試験方法は、本発明の腐食疲労複合試験装置を用いて、試験片の腐食を加速させる工程と、試験片の疲労を加速させる工程とを行う方法であればよく、上記の実施形態において例に挙げた方法に限定されない。
【００９２】
本実施形態の腐食疲労複合試験装置１０は、回転制御手段２０と荷重制御手段３０と腐食液制御手段４０と雰囲気制御手段５０と冷却手段６０とを備え、これらを個別に制御する制御手段とを備えているので、制御手段により、必要に応じて試験中に環境条件や応力負荷条件を変化させることが可能である。したがって、一つの装置で連続して、試験片の腐食を加速させる工程と試験片の疲労を加速させる工程とを行うことができ、例えば、ＣＣＴと回転曲げ疲労試験とを別個の装置を用いて行う場合と比較して、効率よく腐食疲労特性を評価できる。
【００９３】
また、本実施形態の腐食疲労複合試験装置１０においては、一つの装置で試験片の腐食を加速させる工程と疲労を加速させる工程とを行うことができるので、一定の腐食環境を模擬した環境下で腐食疲労試験を行う場合と比較して、実際の環境条件や応力負荷条件に対応する条件で腐食疲労特性を高精度で評価できる。
【００９４】
また、本実施形態の腐食疲労複合試験装置１０は、冷却手段６０を備えているので、試験中の試験片を冷却でき、試験片の発熱を抑制できる。その結果、例えば、高強度の鋼材の試験を行う場合に、試験片が試験中に発熱して軟化することを防止でき、評価のばらつきを小さくすることができる。
【００９５】
なお、本実施形態においては、４本の試験片を同時に効率よく試験できる腐食疲労複合試験装置１０を例に挙げて説明したが、腐食疲労複合試験装置において、同時に試験できる試験片の数は特に限定されない。例えば、１本の試験片のみを試験できるものであってもよい。
【００９６】
また、本実施形態においては、回転制御手段と、雰囲気制御手段と、腐食液制御手段および冷却手段の一部が、２本の試験片に対して１つ設けられている場合を例に挙げて説明したが、これらは全て各試験片毎に個別に設けられていてもよい。
本発明の腐食疲労複合試験装置に備えられた回転制御手段は、４本の試験片を同じ回転速度で回転させるものであっても、４本の試験片を２本ずつ異なる回転速度で回転させるものであってもよく、全ての試験片を異なる回転速度で回転させるものであってもよい。
【実施例】
【００９７】
次に、実施例を示して、本発明を具体的に説明する。なお、本発明は、以下に示す実施例によってその範囲が制限されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲において適宜変更して実施できる。
【００９８】
表１および表２に示すＮｏ．１〜Ｎｏ．１０の条件で、表３に示す引張強度の砂時計型の試験片に対して、腐食疲労複合試験を行った。砂時計型の試験片としては、断面視円形で、両端部の外径１０ｍｍ、長手方向中央部の最も外径の小さい部分の外径４ｍｍのもの用いた。
Ｎｏ．１〜Ｎｏ．１０の条件の各ステップ（工程）における試験片の回転速度、試験片への荷重の負荷・除荷、腐食液の滴下（流量）・停止、試験雰囲気である空気の温度・湿度、試験片の冷却の有無、試験時間、動作モードを表１および表２に示す。
【００９９】
Ｎｏ．１〜Ｎｏ．１０の各条件で腐食疲労複合試験を各１０回ずつ同一条件で行ない、試験片が破断するまでの試験片の回転数のばらつき（最大回数／最小回数）を調べた。
また、腐食液滴下モード時の腐食液膜厚みを以下の方法により算出した。
まず、図１に示すＺ方向（上方）から、試験片の長手方向の中央部の位置を予め光学的に撮影した。撮影装置としてはキーエンス社製ＬＳ−９０３０を用いた。次に、腐食液滴下モードを開始して、試験片の撮影位置と同位置で５０ｍｓ毎に光学的に連続撮影された腐食液膜外面の位置を測定し、予め撮影した試験片の表面の位置との差異を個々の液膜厚みとして算出した。そして、腐食液滴下モードの任意の１分間、個々の液膜厚みの３０００点の全データを平均したものを腐食液膜の平均膜厚とした。
【０１００】
また、腐食疲労複合試験後の試験片について、試験中の異常発熱の有無の評価として、表面が金色や青色に変色したか否か（テンパーカラーの有無）を目視にて調べた。
また、疲労モード時の試験片の振動の有無を以下に示す方法により評価した。
疲労モード時の試験片の振動の有（×）無（○）は、動作音の有無または回転制御手段のケースの振動の有無によって評価した。試験片の振動による動作音は、非常に周波数の高い音である。このため、試験片の振動によって発生する動作音の有無は、測定機器を使用せず、動作音が聞こえるか否かにより判断した。また、動作音が聞こえない場合には、回転制御手段のケースに触れて、その振動の有無により、試験片の振動の発生を検知した。
【０１０１】
試験片の振動の有無、異常発熱の有無、破断までの回転数ばらつき、腐食液滴下モード時の腐食液膜厚みを表３に示す。
【０１０２】
【表１】
2015145866.tif 000003
【０１０３】
【表２】
2015145866.tif 000004
【０１０４】
【表３】
2015145866.tif 000005
【０１０５】
表３に示すように、Ｎｏ．１〜Ｎｏ．４、Ｎｏ．７〜Ｎｏ．１０の条件で腐食疲労複合試験を行った場合、Ｎｏ．５、Ｎｏ．６と比較して破断までの回転数ばらつきが小さくなった。
これは、Ｎｏ．１〜Ｎｏ．４、Ｎｏ．７〜Ｎｏ．１０の条件では、試験中の試験片の回転速度が適切であり、かつ、引張強度が高い試験片においては疲労モード時に冷却したためである。
【０１０６】
Ｎｏ．５では、腐食液滴下モードおよび腐食液乾燥モード時の回転速度が遅いため、腐食ピットの形成におけるムラが大きく、試験片が破断するまでの回転数のばらつきが大きくなった。
Ｎｏ．６では、疲労モード時の回転速度が速すぎて試験片の振動が発生し、破断するまでの回転数のばらつきが大きくなった。
【産業上の利用可能性】
【０１０７】
本発明の腐食疲労複合試験装置およびこれを用いた腐食疲労複合試験方法によれば、試験片を効率よく高精度で評価ができる。特に、高強度鋼からなる試験片を高精度で評価できる。したがって、高強度鋼の開発が促進されるなど、産業上極めて有用である。
【符号の説明】
【０１０８】
Ａ１、Ａ２  試験片、２ａ  コレットチャック、３  アダプター、３ａ  試験片取り付け部、３ｂ  台座取り付け部、３ｃ  蝶番、３ｄ  ベアリング、４  おもり台座、４ａ  フック、４ｂ  軸部材、４ｃ  台座、５  アダプター受け台、５ａ  張り出し部、５ｂ  孔、５ｃ  取り付け部、６  シリンダー、１０  腐食疲労複合試験装置、１０ａ  本体、２０  回転制御手段、２１  把持部、２２  回転駆動部、３０  荷重制御手段、４０  腐食液制御手段、４１  ノズル、４３  チューブポンプ、４２、４５  チューブ、４４  タンク、５０  雰囲気制御手段、５１  チャンバー、５２  供給手段、５３、５４  開口部、５５  供給口、５６  排出口、５７  Ｏリング、６０  冷却手段、６１  ノズル、６２  分岐ノズル。
【図１】
2015145866.tif 000006
【図２】
2015145866.tif 000007
【図３】
2015145866.tif 000008
【図４】
2015145866.tif 000009
【図５】
2015145866.tif 000010