(57)【要約】      （修正有）【課題】金属材料に対して容易に表面予き裂を導入可能な表面予き裂付与方法及び表面予き裂付与装置を提供する。【解決手段】恒温恒湿槽２と、恒温恒湿槽内２に設けられ、試験片９の上面両端を支持する枠体８と、試験片９の下面中央に当接し上方への押圧力を発生させる負荷手段とを具備し、恒温恒湿槽２内で試験片９に引張り応力を発生させる工程と、最大引張り応力が発生している部位に塩滴１４を滴下する工程と、前記恒温恒湿槽内に設定温度及び設定相対湿度にて前記試験片を保管する工程とを有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
恒温恒湿槽内で試験片に引張り応力を発生させる工程と、最大引張り応力が発生している部位に塩滴を滴下する工程と、前記恒温恒湿槽内に設定温度及び設定相対湿度にて前記試験片を保管する工程とを有することを特徴とする表面予き裂付与方法。
【請求項２】
前記試験片上に形成された表面き裂の端部に前記塩滴を滴下する工程を更に有する請求項１の表面予き裂付与方法。
【請求項３】
恒温恒湿槽と、該恒温恒湿槽内に設けられ、試験片の上面両端を支持する枠体と、前記試験片の下面中央に当接し上方への押圧力を発生させる負荷手段とを具備し、前記枠体と前記負荷手段との間で上面に引張り応力を発生させた状態で前記試験片を支持し、該試験片の引張り応力が最大の部位へ塩滴が滴下された状態で前記恒温恒湿槽内に保管することを特徴とする表面予き裂付与装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ステンレス鋼、ニッケル基合金、マルエージ鋼等種々の金属に表面予き裂を導入する表面予き裂付与方法及び表面予き裂付与装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
通常、応力腐食割れや疲労き裂は微小なき裂として発生し、該微小なき裂の合体や進展の繰返しにより巨視き裂へと成長する。
【０００３】
最近の研究では、予め試験片に微小な予き裂を導入し、導入した微小予き裂から巨視き裂への成長過程を調査し、力学パラメータである弾性Ｋ値（応力拡大係数）依存性を求め、シミュレーションや解析に用いている。
【０００４】
然し乍ら、微小き裂の成長過程を調査するにあたって、微小な予き裂として実験的に表面き裂を導入することは容易ではない。例えば、試験片に疲労を与え、き裂を導入する場合、応力が集中し易い様な形状に加工した試験片に繰返し荷重を与え、き裂を導入する方法が考えられるが、この方法の場合、き裂を生じさせた後に、生じたき裂が表面き裂となる様試験片を追加工する必要がある。
【０００５】
又、特許文献１には、試験片の片面に予め予き裂が導入され、該予き裂を腐食液貯溜槽の腐食液により浸漬させながら曲げ治具により、前記予き裂に引張応力を発生させることで、試験片上の引張応力が発生している側に応力腐食割れを発生させる構成が開示されている。
【０００６】
特許文献１の場合、前記腐食液貯溜槽を設置する際にはシーラント等の漏洩防止剤を塗布し、乾燥させることで腐食液の漏出を防止する必要がある。又、表面き裂の観察を行う際には、前記腐食液貯溜槽が存在する場合には該腐食液貯溜槽を一旦取除き、試験片の表面を目視、ルーペ、光学顕微鏡等で観察する必要があり、表面き裂が存在しなければ再度前記腐食液貯溜槽を設置する必要がある為、段取に時間が掛り作業性が悪いという問題がある。
【０００７】
又、特許文献１の方法では、表面き裂を制御する為のマスキングが非常に重要となっているが、テープ等によりマスキングを行った場合、マスキングが不十分であればテープと試験片との間に腐食液が浸透し、き裂がテープの下を進展することがあり、き裂の長さが予定よりも長くなるという問題がある。又、マスキングを行わない場合には試験片にランダムにき裂が生じ、単一の表面き裂を導入できないという問題があった。
【０００８】
尚、非特許文献１には、大量の海塩が付着・蓄積し、日射等で加熱された場合を想定した加速環境として、試験片を天地逆に設置し、苦汁を滴下し、恒温恒湿槽中での応力腐食割れ発生をモニタリングする点が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００８−５１６３２号公報
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】「海洋環境におけるステンレス鋼の腐食、ＳＣＣ感受性評価」  第５０回材料と環境討論会講演予稿集、Ｂ−２１１、腐食防食協会（２００３）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は斯かる実情に鑑み、金属材料に対して容易に表面予き裂を導入可能な表面予き裂付与方法及び表面予き裂付与装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、恒温恒湿槽内で試験片に引張り応力を発生させる工程と、最大引張り応力が発生している部位に塩滴を滴下する工程と、前記恒温恒湿槽内に設定温度及び設定相対湿度にて前記試験片を保管する工程とを有する表面予き裂付与方法に係るものである。
【００１３】
又本発明は、前記試験片上に形成された表面き裂の端部に前記塩滴を滴下する工程を更に有する表面予き裂付与方法に係るものである。
【００１４】
更に又本発明は、恒温恒湿槽と、該恒温恒湿槽内に設けられ、試験片の上面両端を支持する枠体と、前記試験片の下面中央に当接し上方への押圧力を発生させる負荷手段とを具備し、前記枠体と前記負荷手段との間で上面に引張り応力を発生させた状態で前記試験片を支持し、該試験片の引張り応力が最大の部位へ塩滴が滴下された状態で前記恒温恒湿槽内に保管する表面予き裂付与装置に係るものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、恒温恒湿槽内で試験片に引張り応力を発生させる工程と、最大引張り応力が発生している部位に塩滴を滴下する工程と、前記恒温恒湿槽内に設定温度及び設定相対湿度にて前記試験片を保管する工程とを有するので、該試験片に簡単に表面予き裂を導入できると共に、表面予き裂の状態の観察を容易に行うことができる。
【００１６】
又本発明によれば、恒温恒湿槽と、該恒温恒湿槽内に設けられ、試験片の上面両端を支持する枠体と、前記試験片の下面中央に当接し上方への押圧力を発生させる負荷手段とを具備し、前記枠体と前記負荷手段との間で上面に引張り応力を発生させた状態で前記試験片を支持し、該試験片の引張り応力が最大の部位へ塩滴が滴下された状態で前記恒温恒湿槽内に保管するので、簡単に表面予き裂を導入することができるという優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施例に係る表面予き裂付与装置の概略を示す正断面図である。
【図２】本発明の実施例に係る表面き裂の成長を示す平面図であり、（Ａ）は試験片に塩滴を滴下した状態を示し、（Ｂ）は（Ａ）より更に表面き裂を成長させる様再度塩滴を滴下した状態を示している。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施例を説明する。
【００１９】
図１に於いて、本発明の実施例に係る表面予き裂付与装置１について説明する。
【００２０】
図１中、２は内部の温度及び湿度を制御可能な恒温恒湿槽を示しており、該恒温恒湿槽２の天板にはガラス等により窓部３が形成されている。前記恒温恒湿槽２の底板上には、脚部４を介して受け部材５が設けられている。該受け部材５は、天井部の中央部分が開放された矩形形状の枠体であり、下枠６、側枠７，７及び、該側枠７，７の上端から内側に向って直角に延出する上枠８，８とから構成されている。
【００２１】
該上枠８，８の下面には、それぞれ後述する試験片９に作用する荷重を支持する上支持部材１０，１０が溶接等により固着されている。該上支持部材１０，１０は、例えば円柱形状であり、前記下枠６の中心に対して対称となる様配設される。
【００２２】
又、前記下枠６の中心には図示しない螺子孔が穿設され、該螺子孔に下方より押圧具であるボルト１１が螺入されている。該ボルト１１の先端は前記下枠６の上面より突出しており、前記ボルト１１を締込むことで前記下枠６上に載置された板状の押圧板１２が押上げられる様になっている。
【００２３】
該押圧板１２上には、前記ボルト１１の中心に対して対称で、前記上支持部材１０，１０と平行な、例えば円柱形状の下支持部材１３，１３が溶接等により固着されている。尚、前記ボルト１１、前記押圧板１２、前記下支持部材１３，１３とで負荷手段が構成される。
【００２４】
該下支持部材１３，１３にはステンレス鋼、ニッケル基合金、マルエージ鋼等種々の金属材料からなる板状の前記試験片９が載置される。尚、該試験片９は、例えば長方形の平面形状を有し、前記上支持部材１０，１０及び前記下支持部材１３，１３が前記試験片９の平面中心に対して対称になる様に載置される。
【００２５】
又、該試験片９上の平面中心には、恒温恒湿下で所定期間、例えば１週間程度蒸発しない様な組成の塩滴１４が滴下される。該塩滴１４は、滴下された際に流れ広がらず、凸曲面で隆起する形状（図１参照）を維持する。前記塩滴１４の組成としては、塩化カルシウムや塩化マグネシウム等潮解性の物質を含む組成のもの、例えば苦汁（４．５％ＮａＣｌ＋５．２％ＣａＣｌ2 ＋１６．２％ＭｇＣｌ2 ＋８．６％ＫＣｌ）等とするのが好ましい。
【００２６】
次に、前記表面予き裂付与装置１を用いて前記試験片９に表面予き裂を発生させる処理について説明する。
【００２７】
先ず始めに、前記下支持部材１３，１３が前記試験片９の平面中心に対して対称となる様、前記下支持部材１３，１３上に前記試験片９を載置する。
【００２８】
次に、前記ボルト１１を締込み、前記押圧板１２及び前記下支持部材１３，１３を介して前記試験片９を押上げる。
【００２９】
該試験片９が前記ボルト１１に押上げられることで、前記試験片９の上面が前記上支持部材１０，１０と接触する。この状態で、更に前記ボルト１１を締込み前記試験片９を上方に押圧することで、該試験片９は前記上支持部材１０，１０及び前記下支持部材１３，１３の４点で荷重が支持された状態となる。
【００３０】
この時、前記試験片９には下支持部材１３，１３を介して上向きの荷重が作用すると共に、前記上支持部材１０，１０を介して下向きの支点反力が作用し、前記試験片９には曲げ荷重が作用する。従って、該試験片９の上面に引張り応力が発生し、又該試験片９の中央部には最大引張り応力が発生する。
【００３１】
次に、該試験片９上の最大の引張り応力が発生している部分に、例えば直径が１〜２ｍｍ程度となる様、注射器（シリンジ）を用いて所定量の苦汁等の前記塩滴１４を滴下する。
【００３２】
該塩滴１４の滴下後は、前記恒温恒湿槽２にて前記塩滴１４が蒸発する寸前の状態が保たれる様な設定温度及び設定相対湿度、例えば温度を６０℃、相対湿度を３５％に制御し、前記試験片９を所定期間、例えば４日間保管する。尚、前記塩滴１４は、上記した蒸発する寸前の状態が最も腐食を生じさせ易いことが分っている。
【００３３】
上記環境下で前記試験片９を所定期間保管することで、該試験片９と前記塩滴１４との接触面には、応力腐食割れが生じる。尚、本実施例に於いて発明者が実験した場合では、４日間保管し１ｍｍ程度の表面き裂を形成することができた。
【００３４】
又、形成済みの表面き裂１５を成長させ、更に大きな表面き裂１５とする場合には、先ず前記試験片９に応力を付与した状態で、前記塩滴１４が形成済みの前記表面き裂１５の端部と接触する様、前記塩滴１４を滴下する（図２（Ａ））。
【００３５】
該塩滴１４の滴下後、前記恒温恒湿槽２にて所定期間保管し、前記試験片９と前記塩滴１４との接触面に応力腐食割れによる前記表面き裂１５を生じさせる。
【００３６】
又、成長させた前記表面き裂１５を更に成長させる場合には、前記塩滴１４を拭取った後、前記表面き裂１５を成長させたい方向に、該表面き裂１５の端部と前記塩滴１４が接触する様、該塩滴１４を前記試験片９上に滴下する（図２（Ｂ））。尚、前記受け部材５の天井部は開放されているので、前記塩滴１４の拭取り、及び再滴下作業は簡単である。
【００３７】
上記の処理を繰返し行うことで、任意の方向、任意の長さの表面き裂を形成することができる。
【００３８】
上述の様に、本実施例では、応力を発生させた前記試験片９上に前記塩滴１４を滴下した後、前記試験片９を恒温恒湿下で所定期間保管するだけで前記試験片９に前記表面き裂１５を生じさせることができるので、簡単に前記試験片９に表面予き裂を導入することができる。
【００３９】
又、本実施例では、前記恒温恒湿槽２内を、前記塩滴１４が蒸発する寸前の状態が保たれる様な設定温度、設定相対湿度としているので、前記試験片９と前記塩滴１４との接触面を容易に腐食させることができる。
【００４０】
又、本実施例に於いて、前記表面き裂１５の状態の観察を行う際には、前記塩滴１４を拭取るだけでよく、又処理を再開する際には再度該塩滴１４を滴下するだけでよいので、作業が簡単であり、処理の中断及び再開を容易に且つ短時間で行うことができる。
【００４１】
又、本実施例に於いては、前記表面き裂１５が前記試験片９と前記塩滴１４との接触面にのみ生じるので、前記表面き裂１５のき裂長さや方向を容易に制御することができる。
【００４２】
更に、本実施例の前記表面予き裂付与装置１では、ステンレス鋼、ニッケル基合金だけでなく、マルエージ鋼に対しても水素脆化に基づき表面き裂１５を発生させることができ、汎用性が高い。
【符号の説明】
【００４３】
１              表面予き裂付与装置
２              恒温恒湿槽
５              受け部材
８              上枠
９              試験片
１０            上支持部材
１１            ボルト
１３            下支持部材
１４            塩滴
１５            表面き裂
【図１】
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【図２】
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