(57)【要約】【要  約】【課  題】  簡便にしかも正確に材料のクリープ特性を評価することができるクリープ試験代替方法およびクリープ試験代替試験機を提供する。【解決手段】  試験片を片持ち状態で保持したまま、所定の温度条件下で所定の時間暴露した後、前記試験片に生じたたわみ量を測定する試験を行うクリープ試験代替方法およびそれに用いるクリープ試験代替試験機。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
試験片を片持ち状態で保持したまま、高温雰囲気中に暴露した後、前記試験片に生じたたわみ量を測定する試験を行うことを特徴とするクリープ試験代替方法。
【請求項２】
前記試験片を金属材料として試験を行うことを特徴とする請求項１に記載のクリープ試験代替方法。
【請求項３】
前記試験片を５００℃以上の温度条件下で暴露する試験を行うことを特徴とする請求項１または２に記載のクリープ試験代替方法。
【請求項４】
前記試験片を複数個として試験を行うことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のクリープ試験代替方法。
【請求項５】
試験片と、該試験片を片持ち状態で保持可能な保持具と、該保持具と共に試験片を加熱保持可能な炉と、前記試験片に生じたたわみ量を測定可能な測定装置を有することを特徴とするクリープ試験代替試験機。
【請求項６】
前記試験片が金属材料であることを特徴とする請求項５に記載のクリープ試験代替試験機。
【請求項７】
前記炉を、保持具と共に試験片を５００℃以上の所定の温度に制御可能な電気炉としてなることを特徴とする請求項５または６に記載のクリープ試験代替試験機。
【請求項８】
前記試験片を片持ち状態で複数個保持可能な保持具を有することを特徴とする請求項５〜７のいずれかに記載のクリープ試験代替試験機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、簡便にかつ正確に材料のクリープ特性を評価することができるクリープ試験代替方法およびクリープ試験代替試験機に関し、特に材料の自重により生じた試験片のたわみ量を測定することで、簡便にかつ正確に材料のクリープ特性を評価することができるクリープ試験代替方法およびクリープ試験代替試験機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、代表的な材料である金属材料に関しては、ＪＩＳ  Ｚ  ２２７１に規定されているクリープ試験を行って材料のクリープ特性を評価している。ＪＩＳ  Ｚ  ２２７１に規定されているクリープ試験では、試験片に、所定の温度条件下で一定の引張力または一定の応力を付与する連続クリープ試験を行い、所定のクリープ伸びが生じるまでの時間を求めている。
【０００３】
このため、試験片に生じるクリープひずみを測定する測定機構と、試験片の軸方向に一定の引張力または一定の試験力を付与する負荷機構を持つクリープ試験機が用いられている（非特許文献１）。非特許文献１に記載のクリープ試験機は、錘で試験片に一定の引張力または一定の試験力を付与している。
【０００４】
また、材料の自重によるクリープが問題となる金属材料に対して、サグ試験(Sag Test)を行い、材料のクリープ特性を評価することが提案されている（非特許文献２）。
【０００５】
サグ試験(Sag Test)では、図６、図７に示すように、試験前に支持部１０２、１０２上にサグ試験片１０１を載置し、所定の温度条件下で所定の時間暴露した後、サグ試験片１０１に生じた垂れ下がり量を測定し、この垂れ下がり量により材料のクリープ特性を評価している。厚みがａ、幅がｂのサグ試験片１０１には、引っかかり部１０１Ａが曲げ加工によって一端に形成され、他端に余裕代１０１Ｂが設けられている。
【０００６】
図６、図７中、ｃは、支持部１０２、１０２の間隔を示す。
【非特許文献１】須藤  一著、「材料試験法」第初版、内田老鶴圃、１９７６年、ｐ．１４９−ｐ．１５０
【非特許文献２】ジョセフ  Ａ・ダウゼット（Joseph A. Douthett）、「１２％Ｃｒ自動車用ステンレス鋼の耐酸化特性」(Oxidation Resistant 12% Cr Automotive Stainless Steel)、米国自動車協会講演大会(SAE International Congress and Exposition)、１９８１年２月
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、ＪＩＳ  Ｚ  ２２７１に規定されているクリープ試験を行うには、構造が複雑なクリープ試験機を用い、機械加工した試験片に伸び計を取り付けて、試験片の軸方向に一定の引張力または一定の試験力で連続クリープ試験を行わなければ、所定のクリープ伸びが生じるまでの時間を求めることができないという問題がある。
【０００８】
特に、材料の自重によるクリープが問題となる金属材料に対して、所定のクリープ伸びが生じるまでの時間を求めるＪＩＳ  Ｚ  ２２７１に規定されているクリープ試験を行う場合には、その金属材料が使用されている状態で生起される応力を推定し、その応力より小さい応力を試験片に引張力として負荷する試験からその応力より大きい応力を試験片に引張力として負荷する試験までの連続クリープ試験を行わなければ、材料のクリープ特性を正確に評価することができない欠点がある。
【０００９】
一方、非特許文献２に記載のサグ試験は、試験片に伸び計を取り付ける必要がなく、また試験片の軸方向に一定の引張力または一定の試験力で連続クリープ試験を行う必要もないから簡便であるものの、所定の温度条件下で所定の時間暴露している試験中、サグ試験片１０１の余裕代１０１Ｂの一部分が支持部１０２間に流入する材料移動と、自重によるクリープとの両方が生じる。
【００１０】
従って、サグ試験で測定された垂れ下がり量には、材料の自重によるクリープ以外の材料移動量が含まれているので、材料のクリープ特性を評価する点で正確とはいえず、しかも材料移動量は、サグ試験片１０１の余裕代１０１Ｂを支持している一方の支持部１０２とサグ試験片１０１の余裕代１０１Ｂ間の摩擦力の大小に応じて変わるために、試験片の表面性状が垂れ下がり量に影響を与えてしまい、この結果、材料の自重によるクリープ特性が同じ試験片であるにもかかわらず、試験片の表面性状の相違によって垂れ下がり量に差が生じ、正確に材料のクリープ特性を評価することができないという問題があった。
【００１１】
本発明は、上記従来技術の問題点を解消し、簡便にしかも正確に材料のクリープ特性を評価することができるクリープ試験代替方法およびクリープ試験代替試験機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】
【００１２】
本発明者らは、鋭意検討し、クリープ特性を評価する材料から採取した試験片の支持の仕方によって上記課題を解決した。
【００１３】
本発明は、以下のとおりである。
１．試験片を片持ち状態で保持したまま、高温雰囲気中に暴露した後、前記試験片に生じたたわみ量を測定する試験を行うことを特徴とするクリープ試験代替方法。
２．前記試験片を金属材料として試験を行うことを特徴とする上記１．に記載のクリープ試験代替方法。
３．前記試験片を５００℃以上の温度条件下で暴露する試験を行うことを特徴とする上記１．または２．に記載のクリープ試験代替方法。
４．前記試験片を複数個として試験を行うことを特徴とする上記１．〜３．のいずれかに記載のクリープ試験代替方法。
５．試験片と、該試験片を片持ち状態で保持可能な保持具と、該保持具と共に試験片を加熱保持可能な炉と、前記試験片に生じたたわみ量を測定可能な測定装置を有することを特徴とするクリープ試験代替試験機。
６．前記試験片が金属材料であることを特徴とする上記５．に記載のクリープ試験代替試験機。
７．前記炉を、保持具と共に試験片を５００℃以上の所定の温度に制御可能な電気炉としてなることを特徴とする上記５．または６．に記載のクリープ試験代替試験機。
８．前記試験片を複数個保持可能な保持具を有することを特徴とする上記５．〜７．のいずれかに記載のクリープ試験代替試験機。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、簡便にしかも正確に材料のクリープ特性を評価することができる。この結果、材料開発の迅速化と効率化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明に係るクリープ試験代替方法について図を用いて説明する。
【００１６】
図１は、本発明に係るクリープ試験代替方法の説明図であり、図２は、本発明に用いて好適な試験片１の形状を示す図である。また図３および図４は、本発明に用いて好適な保持具２、２と測定装置をそれぞれ示す図である。
【００１７】
本発明に係るクリープ試験代替方法は、図１に示すようなクリープ試験代替試験機を用いて行うことができる。本発明に係るクリープ試験代替方法は、サグ試験とは異なり、試験中、試験片１を片持ち状態でかつ保持具２、２により確実に試験片１の保持部１Ａを保持するようにしている。図１、図２中、αは試験片１の保持部１Ａの長さを示す。また、Ｌは試験片１の非保持部の長さを示し、試験片１の非保持部に材料の自重によるたたわみ量Ｘが生じる。
【００１８】
クリープ試験代替試験機に関しては後述するが、本発明に係るクリープ試験代替方法は、試験片１を片持ち状態で保持したまま、所定の温度条件下で所定の時間だけ高温雰囲気中に暴露した後、例えば図４に示すようにして試験片１に生じたたわみ量Ｘを測定する試験を行う方法である。試験片１を金属材料として上記の試験を行うことにより、クリープ特性が重要である金属材料の自重により試験片１に生じたたわみ量を測定することができる。
【００１９】
なお、ここで、高温雰囲気とは５００℃以上の雰囲気をいう。
【００２０】
この場合、試験片１は、クリープ特性を評価する金属板から図２に示すように短冊状に切り出した試験片を用いた。試験片１の幅Ｗは、厚みＨに対して１〜１００倍とし、確実に保持できるようにするのが好ましい。また、試験片１の非保持部の長さＬは、図１に示したように試験片１を片持ち状態で保持具２、２により保持し、炉３内で所定の温度条件下で所定の時間だけ暴露した時に試験片１に適宜なたわみが形成されるように設定するのが正確なたわみ量を生じさせるうえで好ましい。本発明では、試験中に試験片１の保持部１Ａを保持具２、２により確実に保持し、保持具２、２により試験片１の移動を拘束することが重要である。
【００２１】
次いで、実施の形態に係るクリープ試験代替試験機について説明する。
【００２２】
図１に示したように、実施の形態に係るクリープ試験代替試験機は、試験片１と、試験片１を片持ち状態で保持可能な保持具２、２と、保持具２、２と共に試験片１を所定の温度に加熱保持可能な炉３と、図４に示すような試験片１に生じたたわみ量を測定可能な測定装置を有する試験機である。
【００２３】
試験中に保持具２、２により試験片１の移動を拘束するには、例えば、１２００℃までの温度範囲で使用できるニクロム合金製のワイヤーを用いることができる。試験片１を炉３内に装入する前に、試験片１を挟んだ保持具２、２の周りにワイヤーを巻くことで、炉３内に保持具２、２と共に試験片１を装入するに際して、保持具２、２に対する試験片１の位置がずれるのを防止できる。しかも、ニクロム合金製のワイヤーを用いた場合には、その締め付け作用と保持具２の自重により金属板から切り出した試験片１を５００℃以上の温度条件下で所定の時間、例えば厚みＨが１．５ｍｍ、板幅Ｗが２０ｍｍ、全長が２００ｍｍのステンレス鋼材料からなる試験片１の場合、１０００時間暴露する試験中に、試験片１の保持部１Ａの移動を拘束することができる。その際、試験片１の保持部１Ａの長さαを適宜な値とし、また上側の保持具２の重さを適宜として、試験片１を所定の高温条件下で所定の時間だけ暴露する試験中、保持具２、２により試験片１の保持部１Ａを確実に保持することが望ましい。
【００２４】
保持具２、２としては、煉瓦や耐熱性を有するセラミックなどの材料を用いることができる。保持具２、２は、図３に示すように試験片１を複数個保持可能とすることができる。炉３としては、保持具２、２と共に試験片１を５００℃以上の所定の温度に制御できる電気炉とするのが好ましく、また炉３は、炉内の雰囲気を調整できるようにするのが好ましい。また炉３内には、試験片１の非保持部が水平となるように試験片１を保持具２、２と共に配置することが再現性の高い試験を行ううえで好ましい。
【００２５】
なお、図１、図３中、２Ａは、試験中、試験片１の保持部１Ａを確実に保持するのに好適なスペーサを示す。スペーサ２Ａの厚さは、試験片１の厚みＨと同じとするのが安定して試験片１の保持部１Ａを保持することができるので望ましい。
【００２６】
本発明に用いる試験片１に生じたたわみ量Ｘを測定可能な測定装置は、例えば、図４に示すようにスライドスタンド５に取り付けたダイヤルゲージ４と、上面と下面が定盤９の上面と平行である測定台６と、試験片押さえ７を有する装置とするのが好ましい。このような測定装置によれば、炉３から取り出した試験片１を測定台６上に載置し、試験片１の保持部１Ａをスペーサ８と共に試験片押さえ７により押さえた状態で、スライドスタンド５に取り付けたダイヤルゲージ４を矢印１０方向に定盤９上に沿って動かすことができるから、簡便にしかも正確に試験片１の非保持部に生じた最大たわみ量を測定することができる。
【００２７】
但し、材料のクリープ特性を評価するに際して、測定するたわみ量は最大たわみ量に限定されず、試験前の状態で試験片１の非保持部の長さＬの１／２に相当する位置に生じたたわみ量とすることもできる。
【００２８】
このように本発明に係るクリープ試験代替試験方法およびクリープ試験代替試験機によれば、簡便にしかも正確に試験片１の非保持部に材料の自重によるたわみを生じさせることができる。またその部分に生じたたわみ量も簡便にしかも正確に測定することができる。
【００２９】
したがって本発明によれば、ＪＩＳ  Ｚ  ２２７１で規定された金属材料のクリープ試験方法、もしくは非特許文献２に記載のサグ試験(Sag Test)方法を用いた場合より、材料開発の迅速化と効率化を図ることができる。
【００３０】
ここで本発明において試験片１を金属材料として試験を行うことが好ましいのは、金属材料がクリープ特性を要求される部分によく使用され、特に材料の自重により生じるたわみ量が小さいことが必要とされる、例えば自動車の排気ガス系統の部材に使用されるからである。
【００３１】
また、本発明において試験片１を５００℃以上の温度条件下で所定の時間だけ暴露する試験を行うことが好ましいのは、そのような温度条件下で材料に生じるクリープが問題となるからである。
【００３２】
また、本発明において試験片を複数個として試験を行うことができるとしたのは、ばらつきが生じやすい材料のクリープ試験において、たわみ量の測定値を複数個得ることができ、材料のクリープ特性評価の信頼性を高めることができるためである。
【００３３】
また本発明においては、炉３内の雰囲気を調整すると、腐食の影響を取り除いて試験を行うこともできるし、反対に特殊な腐食下で試験を行うこともできるのでさらに好ましい。
【実施例】
【００３４】
図１〜図３に示したように試験片１を片持ち状態で保持具２、２により保持したまま、１０００℃の温度条件下で所定の時間を基準試験片の暴露時間ｔ０＝１００時間として暴露した後、図４に示した測定装置を用い試験片１に生じた最大たわみ量を測定した。
【００３５】
その結果を図５に示す。
【００３６】
試験片１としては、基準となるステンレス鋼板から採取した厚みＨが１．５ｍｍ、板幅Ｗが２０ｍｍ、全長が２００ｍｍの基準試験片に対してクリープ特性を比較するため、クリープ伸びが既知である図５中に示した（イ）〜（ニ）の４種類の鋼板から同一寸法の試験片を採取した。なお、鋼Ａは、基準となるステンレス鋼板よりクリープ伸びが大きい鋼板であり、鋼Ｂ、鋼Ｃは開発した鋼板で、基準となるステンレス鋼板よりクリープ伸びが小さい鋼板である。鋼Ａ、Ｂ、Ｃの場合、算術平均粗さが小の鋼板とし、鋼Ｃの場合、算術平均粗さが小の鋼板と大の鋼板とした。試験片１の保持部の長さαは４０ｍｍ、非保持部の長さＬは１６０ｍｍとした。
【００３７】
ここで、所定の時間ｔ０は、基準となるステンレス鋼板から切り出した基準試験片を本発明の方法により１０００℃の温度条件下で電気炉３の炉内で暴露した後に得られる最大たわみ量ｙ０が１２０ｍｍとなる時間とした。この場合、各試験片１の電気炉３の炉内で暴露した通算暴露時間ｔで定義した。その際、電気炉３の炉内温度を１０００±５℃の範囲となるように制御したが、炉内雰囲気は、コントロールしなかった。
【００３８】
図５には、横軸に各試験片の暴露時間ｔと基準試験片の暴露時間ｔ０との比ｔ／ｔ０を取り、縦軸に各試験片のたわみ量ｙと基準試験片のたわみ量ｙ０の比ｙ／ｙ０を取って、材料のクリープ特性を評価した結果を示した。
【００３９】
図５に示す結果から、材料の自重によるたわみ量は、区分（イ）とした鋼Ａが最も大きく、次いで区分（ロ）とした鋼Ｂであり、最も小さいのが区分（ハ）、（ニ）とした鋼Ｃであることがわかる。また、基準試験片の材料に対して鋼Ａは、材料の自重によるたわみ量が大きく、材料のクリープ特性が劣り、一方鋼Ｂ、鋼Ｃは材料の自重によるたわみ量が小さく、材料のクリープ特性が優れることがわかる。さらに、区分（ハ）、（ニ）を比較することにより、鋼板の算術平均粗さ影響を受けないで、材料の自重によるたわみが正確に生じていることもわかる。
【００４０】
したがって、本発明の方法を適用して得た図５に示す結果と、ＪＩＳ  Ｚ  ２２７１で規定された金属材料のクリープ試験方法で得られる結果がよく一致していることから、本発明の方法によれば、材料の自重により生じるクリープ特性を簡便かつ正確に評価できることがわかる。
【００４１】
この実施例では、基準試験片の暴露時間ｔ０に到達するまでの途中で試験片１を炉外に取り出し、試験片１のたわみ量ｙを測定しているが、暴露時間ｔ０に到達する途中で試験片１のたわみ量を測定する必要がない場合には、炉内で所定の時間である基準試験片の暴露時間ｔ０だけ暴露した後、試験片１を炉外に取り出し、試験片１のたわみ量ｙを測定すればよい。どちらの方法も本発明のクリープ試験代替方法に含む。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明に係るクリープ試験代替方法の説明図である。
【図２】本発明に用いて好適な試験片形状を示す図である。
【図３】本発明に用いて好適な保持具を示す図である。
【図４】本発明に用いて好適な測定器を示す図である。
【図５】本発明に係るクリープ試験代替方法により材料のクリープ特性を評価したグラフである。
【図６】サグ試験(Sag Test)方法の問題点を説明する図である。
【図７】サグ試験(Sag Test)方法の問題点を説明する図である。
【符号の説明】
【００４３】
１  試験片
１Ａ  保持部
α  保持部の長さ
Ｌ  非保持部の長さ
Ｗ  板幅
Ｈ  厚み
２Ａ  スペーサ
２  保持具
３  炉（電気炉）
４  ダイヤルゲージ
５  スライドスタンド
６  測定台
７  試験片押さえ
８  スペーサ
９  定盤
１０  移動方向
１０１  サグ試験片
ａ、ｂ  サグ試験片の厚み、幅
ｃ  支持部の間隔
１０１Ａ  引っかかり部
１０１Ｂ  余裕代
１０２  支持部
Ｘ  たわみ量
【図１】
2005337834.tif 000003
【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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