CN102197297A - 腐蚀疲劳损伤的评价方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供使用试验片简单地重现发生于金属模具的内冷孔等各种构件的腐蚀疲劳损伤的腐蚀疲劳损伤的评价方法。其为在形成于内部的空间中导入有腐蚀介质的试验片的表面上施以反复负荷，观察施以该负荷后的试验片的内部空间的表面和/或截面的腐蚀疲劳损伤的评价方法。优选为准备在由金属模具的材质构成的原材料片上形成模拟该金属模具的内冷孔的空间、在该空间内导入有模拟该金属模具的冷却介质的腐蚀介质的试验片，在该试验片的表面施以反复负荷，观察施以该负荷后的试验片的空间的表面和/或截面的腐蚀疲劳损伤的评价方法。
Description
技术领域
本发明涉及对于在腐蚀环境下受到反复负荷所使用的部件，使用试验片简单地重现发生在其上的腐蚀疲劳损伤进行评价的方法。还特别涉及对于评价发生于金属模具的内冷孔的腐蚀疲劳损伤最合适的该评价方法。
背景技术
一直以来，在以普通钢材为对象的抗应力腐蚀断裂性的评价中使用以下方法：将试验片浸渍于腐蚀槽中施以一定的拉伸负荷，在至其断裂的时间内对该特性进行比较评价的定负荷应力腐蚀断裂试验方法(非专利文献1)；在预先导入有龟裂的试验片上通过螺栓或楔子等施以使龟裂面开口的负荷(Wedge Opening Loading；WOL)，求得该龟裂的发展速度或龟裂不再发展的应力扩大系数的下限值(下临界应力扩大系数)进行比较的应力腐蚀断裂标准试验法(非专利文献2)等。这些试验方法主要以在海洋构造物或更需要耐腐蚀性的构造物等中使用的普通钢材为对象，成为一定负荷状态下的试验。
另一方面，本发明需要评价的损伤是假定发生于在腐蚀环境下受到反复负荷而使用的部件等(以下也记载为疲劳构件)的腐蚀疲劳损伤。即，当为压铸件等金属模具的领域时，是在发生于其内冷孔的断裂(裂纹)部分上、在该部分暴露于工业用水等冷却介质的状态下、在使用金属模具的每个循环中热应力或合模力、铸造压力等应力反复作用所产生的损伤的形态的在所谓腐蚀疲劳的状况下产生的形态。因而，本发明进行评价的损伤形态在反复应力严重作用的“疲劳”这一方面，利用上述非专利文献的试验方法是无法重现正确的状态的。
因而，作为对在金属模具的水冷孔部发生的损伤进行评价的方法，提出了通过从外部对在内冷孔中通水的试验片重复进行加热·冷却，更为正确地重现使用中的金属模具的实际状况的试验方法(专利文献1)。该方法通过反复产生热应力，在能够在内冷孔中重现疲劳的方面是优异的。
以往技术文献
【专利文献1】日本特开2007-298467号公报
【非专利文献1】JIS手册(铁钢I)“ステンレス鋼の応力腐食割れ試験方法(JIS G0576)(不锈钢的应力腐蚀断裂试验方法(JIS G0576))”、2008年、p.880～882
【非专利文献2】“応力腐食割れ標準試験法—日本学術振興会第129委員会基準—(应力腐蚀断裂标准试验法—日本学术振兴会第129委员会基准—)”、1985年7月25日发行
发明内容
发明预解决的技术问题
专利文献1所公开的试验方法在能够重现发生于疲劳构件的疲劳现象的方面有利。但是，对于暴露于腐蚀环境下的部位(即内冷孔)而言，发生于该部位的应力仅由该内冷孔表面与加热表面间的温度分布所导致的热应力承担，因而能够发生的应力的范围有限。另外，由于加热·冷却的循环需要时间，因而加速试验困难。即，为金属模具时，在其实际使用时的由内冷孔发生断裂的循环数为103～105左右时，利用专利文献1的方法具有无法在短期间内实施该重现试验的课题。
而且，当实施专利文献1时，除了上述的试验片之外，还必须准备设置试验片的特别式样的试验机。以上成为进行伴随疲劳的抗应力腐蚀断裂性的迅速且简单评价时的课题，对于早期解决涉及该特性的部件的材质问题而言，成为很大的障碍。
本发明的目的鉴于上述课题在于提供通过解决可发生的应力的范围(实际使用条件的重现性)、试验时间和试验装置的问题，可使用试验片简单地重现产生于实际金属模具等疲劳构件的腐蚀疲劳损伤的腐蚀疲劳损伤的评价方法。
用于解决课题的方法
本发明人对于产生于实际使用中的疲劳构件的反复应力进行了深入研究，发现这些应力状况综合来说均通过在试验片的表面施以“机械的”负荷可以重现。而且，根据此发现进行了进一步的研究，从而完成本发明。
即，本发明为腐蚀疲劳损伤的评价方法，其特征在于，在向形成于内部的空间导入有腐蚀介质的试验片的表面上施以反复负荷，观察施以该负荷后的试验片的内部空间的表面和/或截面。
优选将上述方法适用于金属模具领域的腐蚀疲劳损伤的评价中。即，腐蚀疲劳损伤的评价方法，其特征在于，准备在由金属模具的材质构成的原材料片上形成模拟该金属模具的内冷孔的空间、在该空间内导入有模拟该金属模具的冷却介质的腐蚀介质的试验片，在该试验片的表面上施以反复负荷，观察施以该负荷后的试验片的空间的表面和/或截面。
发明的效果
通过本发明，在腐蚀疲劳损伤的评价试验中，可以达成该试验片上的发生应力范围的大范围化、即可提高实际使用条件的重现性。另外，还可大大地达成试验时间的短缩和解除试验装置的制约。因此，成为为了使用试验片简单地重现发生于疲劳构件、优选金属模具的内冷孔的腐蚀疲劳损伤所不可欠缺的技术。
附图说明
【图1】表示本发明所用试验片之一例的模式图。
【图2】表示本发明所用试验方法之一例的模式图。
【图3】为表示发生于试验片空间表面的应力腐蚀断裂的放大照片，说明本发明所涉及的观察之一例。
【图4】为表示图3的应力腐蚀断裂的截面的扫描型电子显微镜照片，说明本发明所涉及的观察之一例。
符号说明
1.试验片、2.原材料片、3.空间、4.密栓、5.腐蚀介质
具体实施方式
如上所述，本发明的重要特征在于即便以该试验片的水平，通过在表面上机械地施以负荷也可重现发生于实际的疲劳构件的应力。而且，其还具有以下特征：该负荷对于本发明而言必须是“反复负荷”，其可通过能够施加任意反复负荷的现有试验机即可施加，因而利用其达成评价方法的迅速化、简化。以下，对于本发明的评价方法，每个构成要件地进行说明。
(1)制造在形成于内部的空间内导入有腐蚀介质的试验片。
本发明所需要的腐蚀环境并非是以往的“将试验片设置于腐蚀环境中而形成(即、在试验片的表面侧形成腐蚀环境)”，而且“在形成于试验片中的空间内导入腐蚀介质而形成(即、在试验片的内部形成腐蚀环境)”。因此利用现有的简单的疲劳试验机，可以由试验片的表面施以反复负荷。
(2)在试验片的表面施以反复负荷。
本发明中，对于实际的疲劳构件而言，即便是在其上发生热应力时，由于该应力可以通过施加机械负荷而重现，因而并非必须向试验片导入热应力。因此，疲劳试验机中也不需要用于产生热应力的加热机构或与此相伴的冷却机构等特別的设备。因此，由于可通过现有的疲劳试验机扩大可发生的应力的控制范围、缩短反复负荷的循环时间，因而进行迅速且简单的评价。
(3)对施以上述负荷后的试验片的内部空间的表面和/或截面进行观察的腐蚀疲劳损伤的评价方法。
本发明的腐蚀疲劳损伤的评价是指除了通常的评价项目之外，采用通过与腐蚀环境对比来进行试验片的龟裂的有无或发展状况、破坏的有无、此时的负荷大小或负荷次数等与应力腐蚀断裂的评价有关的数据的1种以上。而且，为了该评价，有必要进行试验片的内部空间的表面和/或截面(例如包括龟裂发生面或断面)的观察。
而且，上述本发明的评价方法通过将其用于发生于金属模具的内冷孔的腐蚀疲劳损伤的评价，发挥巨大的效果。即，其为使用试验片对发生于金属模具的内冷孔的腐蚀疲劳损伤进行评价的方法，对于该金属模具的材质、形成于该金属模具内部的内冷孔、导入至该内冷孔的冷却介质以及产生于使用中的该金属模具内部的反复应力而言，如下述构成要件所述。
(4)准备在由金属模具的材质构成的原材料片上形成模拟该金属模具的内冷孔的空间、在该空间内导入有模拟该金属模具的冷却介质的腐蚀介质的试验片。
即，制作伴随其腐蚀环境模拟内部具有内冷孔的实际金属模具的试验片的工序。因此，试验片的材质模仿其实际的金属模具，并非限定于JIS所规定的各种工具钢或其改良钢，即便是其他的材质也当然可以使用。而且，对于腐蚀介质而言，只要模仿用于该实际的金属模具的冷却介质的样态即可，试验条件具有操作的必要性时，也可改变种类或浓度等的详细情况。而且，腐蚀介质可为水蒸气、烟雾或气体等，并非限定于液体。
(5)在该试验片的表面施以反复负荷，观察施以该负荷后的试验片的空间的表面和/或截面。
对于在试验片的表面施以负荷的本发明而言，该负荷优选为相当于发生在使用中的金属模具内部的反复应力的负荷。相当的负荷是指发生于该实际使用中的金属模具内部(即包含内冷孔的部位)的应力也可发生在对其进行模拟的试验片的空间内的表面负荷。而且，该表面负荷的设定值除了可以直接重现发生于实际的金属模具内部的应力值之外，当然还可以是用于进行加速试验等的操作值。
而且，即便是为假设金属模具时，本发明的评价方法也可不在试验片上产生热。此时，在导入至试验片的腐蚀介质中不需要在实际金属模具中必需的“冷却作用本身”。因而，可以省略实际的金属模具、专利文献1的评价方法中所必需的冷却介质(或腐蚀介质)的循环，还可将腐蚀介质密封在试验片内。这可以使试验片和试验装置的构造更加简单，因而还可利用现有的疲劳试验机。
实施例
图1为表示供于本发明评价方法的试验片之一例的模式图。其用于对可发生于实际的压铸件金属模具的内冷孔内的腐蚀疲劳损伤进行重现和评价。试验片1为利用两端的密栓4将下述腐蚀介质5密封在原材料片2的空间3内部而成。原材料片2的大小为外形15mm见方×60mmL、在L方向上在15mm见方的中心形成有直径约10mm的贯通孔。另外，原材料片2的材质与本实施例假设的实际压铸件金属模具同样，为在1030℃下对SKD61进行淬火处理，实施回火调质为45HRC。原材料片2的空间3相当于实际的压铸件金属模具的内冷孔，作为模拟冷却介质的腐蚀介质5，密封3.5％NaCl水溶液。
然后，根据图2的模式图，使用未图示的油压伺服试验机，在2Hz的循环速度下对试验片1的相对的2个表面施以负荷。此时，龟裂发生的有无通过在负荷试验的途中定期地将试验片1从试验装置上取下，利用显微镜观察该空间3的表面进行确认。
图3为在空间3的表面作用约800Mpa的拉伸应力(最大主应力)的负荷试验中，由其表面观察发生于其经过约6万次循环(总试验时间8小时左右)后的空间表面的龟裂的放大照片。这里，发生于空间表面的应力通过利用了计算机的有限要素法的应力解析求得。而且，将该龟裂断面分割进行观察的结果为图4所示的扫描型电子显微镜照片。由图4可知，龟裂断面呈现伴随腐蚀的粒子边界破坏的形态，其为与在实际的金属模具中发生的内冷孔断裂(应力腐蚀断裂)断面相同的疲劳损伤形态。
产业上利用的可能性
本发明的评价方法并非限定于上述实施例，可以任意地改变试验片的材质或尺寸，腐蚀介质也可任意地选择自来水、地下水、工业用水等。而且，该腐蚀介质只要是如实施例那样可以密封，则通过将图1的密栓4改变为规定的接头(连接器)，在其上连接通水装置，则可以一边使其一直流水或者间隔地交替流水·停止，一边作为冷却水使其循环。
另外，发生于试验片的龟裂的评价除了通过目视或者显微镜等对其内部空间的表面和/或截面进行观察、测定龟裂的有无或者大小等之外，还可利用超声波探伤、透射X射线、磁力探伤等检测龟裂，也可并用这些的1个方法以上。而且，在试验后还可将发生的龟裂部位破坏，直接测定其大小。
Claims (2)
1.一种腐蚀疲劳损伤的评价方法，其中，在形成于内部的空间中导入有腐蚀介质的试验片的表面施加反复负荷，观察施加该负荷后的试验片的内部空间的表面及/或截面。
2.根据权利要求1所述的腐蚀疲劳损伤的评价方法，其中，准备试验片，在所述试验片的表面施加反复负荷，观察施加该负荷后的试验片的空间的表面及/或截面，
所述试验片是，在由模具的材质形成的原材片中形成模拟所述模具的内冷孔的空间、并在所述空间中导入有模拟所述模具的冷却介质的腐蚀介质的试验片。
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