JP2000214058A

JP2000214058A - クリ―プ試験方法と装置

Info

Publication number: JP2000214058A
Application number: JP11017211A
Authority: JP
Inventors: Masami Fujiwara; 雅美藤原
Original assignee: SHINKU RIKO KK; Nihon University
Current assignee: SHINKU RIKO KK; Nihon University
Priority date: 1999-01-26
Filing date: 1999-01-26
Publication date: 2000-08-04
Anticipated expiration: 2019-01-26
Also published as: JP4096034B2

Abstract

(57)【要約】【課題】小さな試験片を使用して短時間に簡単に材料の
活性化エネルギーや応力指数などのクリープ特性値を測
定する試験方法とこれに適した試験装置を提供する。【解決手段】温度制御装置３を備えた雰囲気中に試料１
を固定し、該試料をこれよりも硬く且つ制御された荷重
が作用した先端６が先鋭な圧子５により押圧し、該圧子
の該試料への押し込み速度を測定して該試料のクリープ
を測定する。試料は、試験室４の壁面に固定した支持管
の試料載置部に載せられ、該支持管に沿って延びる移動
自在の押圧桿１０に取り付けた圧子の先鋭な端子で押圧
され、その荷重を荷重制御装置１３で制御し、該圧子が
該試料に押し込まれる距離の変化を変位測定装置１２で
測定し、試料の温度および該押し込み距離の変化ならび
に該荷重の信号を演算装置１９に入力してクリープを演
算する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、各種材料のクリー
プを測定する試験方法とその方法の実施に使用する試験
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般にクリープの速度は材料に与えた応
力と温度に依存することが知られており、金属材料の場
合、温度が０．４Ｔｍ（Ｔｍは絶対温度で表した材料の
融点）以上の高温になるとクリープが生じるとされてい
る。高温において一定荷重で金属試験片を引っ張ったと
きに生じる歪み（伸びを元の長さで割った値、ε）の時
間的変化は、図１に示したクリープ曲線で表され、この
曲線は、試験片に加えた応力（荷重を元の断面積で割っ
た値、σ）及び試験温度によって大きく変化する。

【０００３】クリープ曲線の接線の勾配（クリープ曲線
の時間微分に相当する）はクリープ速度と称され、この
速度は、ある適当な試験条件（応力と温度の組み合わ
せ）のもとでは、図１に示すように３段階の過程が現
れ、このうちの第２段階ではクリープ速度がほぼ一定と
なり、全体を通じてクリープ速度が最小となる。これを
最小クリープ速度（又は定常クリープ速度）と呼び、金
属材料のクリープに関する特性は、この最小クリープ速
度によって表される。

【０００４】通常、引張クリープ試験は最小クリープ速
度が現れるような条件下で試験を行い、材料のクリープ
強さを測定する。クリープ強さは、「最小クリープ速度
が規定値を越えない最大の応力」として定義されること
が多い。

【０００５】多くの材料について、最小クリープ速度ｄ
ε／ｄｔは、次の経験式で表せることが知られている。ｄε／ｄｔ＝Ａ（σ／Ｅ）ⁿ exp（−Ｑ／ＲＴ）ここでＡは材料定数、σは応力、Ｅはヤング率、Ｒはガ
ス定数、Ｔは試料温度である。また、ｎは応力指数、Ｑ
はクリープの見かけの活性化エネルギーと呼ばれる値で
ある。Ａ、ｎが小さいほど、またＱが大きいほど、高温
において変形し難い材料、つまりクリープに対して強い
材料と言える。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】通常の引張クリープ試
験機では、クリープの見かけの活性化エネルギーや応力
指数を求めるには、応力及び温度を変えた数回以上のク
リープ試験を行う必要があり、材料のクリープ特性値を
得るには長時間を要する。

【０００７】試験片の大きさはＪＩＳ規格で定められて
おり、直径１０ｍｍ、標点間距離５０ｍｍ、試験片全体
の長さは約２００ｍｍである。通常、このような試験片
を用いて引張クリープ試験を行うが、応力及び温度を変
えたクリープ試験を数回以上行おうとすると、直径１０
ｍｍ、長さ２００ｍｍの比較的大きな試験片が多数必要
になり、かなりの量の試料を用意しなければならない。

【０００８】また、引張クリープ試験機では、その構造
上、真空中で試験するのは難しく、酸化し易い材料のク
リープ特性値を得るには特別な装置が必要になり、簡単
にクリープ試験を行えない不都合があった。

【０００９】こうした不都合等を解消すべく、高温ビッ
カース硬さ試験機を利用して試料の各温度における硬さ
値の荷重時間依存性の関係からクリープ特性値を求める
方法も試みられた。この方法では、或る温度に保持した
試料面にピラミッド状の圧子を一定荷重で押しつけ、或
る時間が経過した後、該圧子を取り除いて圧痕の大きさ
を顕微鏡で測定し、その大きさから硬さ値をまず算出す
る。次に、圧子を元の位置に正確に戻すことができない
ので、前回の位置から少し離れたところに前と同じ荷重
で圧子を押し付ける。荷重時間は前回よりも長い時間と
し、このときの圧痕の大きさから硬さ値を求める。この
ような操作を繰り返すことによって、各温度における硬
さ値対荷重時間の曲線を求め、材料のクリープ特性値を
推定するのである。しかし、この方法では、材料のクリ
ープ挙動に関する情報の時間的連続性が欠けているだけ
でなく、測定位置が転々と変わるため硬さ値もバラツキ
の大きいものとなり、結果として正確なクリープ特性値
が得られないという欠点がある。

【００１０】本発明は、小さな試験片を使用して短時間
に簡単に材料の活性化エネルギーや応力指数などのクリ
ープ特性値を測定する試験方法とこれに適した試験装置
を提供することをその目的とするものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明では、温度制御装
置を備えた雰囲気中に試料を固定し、該試料をこれより
も硬く且つ制御された荷重が作用した先端が先鋭な圧子
により押圧し、該圧子の該試料への押し込み速度を測定
して該試料のクリープを測定することにより、上記の目
的を達成するようにした。該試料を有底の支持管内の底
部に設置すると共に該支持管の底部の周囲に設けた温度
制御装置により温度制御し、該圧子を外部から該支持管
内へと延びた該支持管と同材料の押圧桿の先端に取り付
け、さらには、該押圧桿に中空管を使用してクリープ測
定することによっても、上記目的を適切に達成でき、該
圧子に作用する荷重を荷重制御装置により任意に変更す
るようにしてもよい。

【００１２】また、本発明の方法は、試験室の壁面に一
端を固定し他端に試料載置部を設けた支持管と、該内壁
を挿通し且つ該支持管に沿って延びる移動自在の押圧桿
と、該押圧桿の先端に取り付けられて該試料載置部に設
置した試料の表面に当接する先鋭な先端を有する圧子
と、該押圧桿に作用して該圧子が該試料を押圧する荷重
を制御する荷重制御装置と、該試料の温度を輻射により
制御する温度制御装置と、該圧子が該試料に押し込まれ
る押し込み距離の変化を測定する変位測定装置と、該試
料の温度および該押し込み距離の変化ならびに該荷重の
信号が入力されて該試料のクリープを演算する演算装置
とを備えたクリープ試験装置を使用することにより、適
切に実施できる。該支持管と押圧桿を同材料でほぼ同断
面積に形成し、該荷重制御装置を永久磁石と荷重制御コ
イルで構成し、該変位測定装置をフェライトコアと差動
変圧器で構成することが有利である。該温度制御装置を
輻射加熱装置又はクライオスタットで構成することもで
きる。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図２に基づ
き説明すると、同図の符号１はクリープ試験される金
属、合成樹脂、セラミックス等の材料からなる固形の試
料、２は一端が温度制御装置３を備えた試験室４の壁面
４ａに固定され他端に試料１を載置固定しておくための
試料載置部２ａを有する支持管、５は該試料載置部２ａ
との間に該試料１を挟み込んで押圧する石英製の圧子を
示す。

【００１４】該圧子５の先端６には、図３に示したよう
に、円錐形などの先鋭で適当な硬度を有するダイヤモン
ド等の部材を埋め込むことにより該試料１よりも硬度が
大きくなるようにしたが、該圧子５の硬さが該試料１よ
りも十分に硬く、且つ後記する荷重に耐えられるとき
は、ダイヤモンド等を埋め込む必要はない。該試料１は
例えば５×５×５ｍｍ程度の立体形に形成される。７は
圧子５に設けた貫通穴である。

【００１５】該試験室４にはガス導入口８と排気口９を
設け、該排気口９に接続した真空ポンプにより該試験室
４内を真空に排気し、或いはガス導入口８から不活性ガ
ス等を導入して該試験室４内の雰囲気を任意に制御でき
るようにした。該圧子５は、該支持管２の長さ方向に沿
い且つ後端が該試験室４の壁面４ａを介して外部へと延
びた図４に見られるような中空の押圧桿１０の先端に、
圧子５の貫通穴７及び押圧桿１０の貫通穴２７を挿通し
たタングステン撚線により着脱自在に取り付けされ、該
支持管２及び押圧桿１０は、石英ガラスやセラミックス
等の比較的熱膨張率の小さい材料で製作される。該支持
管２及び押圧桿１０の熱による長さの変化を等しくする
ため、該支持管２及び押圧桿１０の断面積を等しく形成
し、その長さの変化がクリープ試験の誤差をもたらすこ
とを防止するため、該支持管２及び押圧桿１０を平行に
配置した。該支持管２及び押圧桿１０は、図示のように
上下垂直方向に配設することが好ましいが、水平方向に
配設することも可能である。また、該支持管２には試料
１の出し入れと気体の流通のために該支持管２の長さ方
向に延びるスリット２ｂを形成した。

【００１６】該押圧桿１０の後端にはこれに当接させて
適当な剛性を有する連桿１１を設け、該連桿１１の中間
部にその微少な変位を測定するための変位測定装置１２
を設けると共に、該連桿１１の後端部に荷重制御装置１
３を設け、該荷重制御装置１３で発生する荷重を該押圧
桿１０を介して圧子５に作用させ、該試料１に圧子５の
先鋭な先端６が押し込まれることによる変位を該変位測
定装置１２により測定するようにした。２８は天秤型に
支持したカウンターバランスである。尚、該押圧桿１０
と連桿１１は一体に構成することも可能である。該変位
測定装置１２は、該連桿１１に取り付けられて移動自在
のフェライトコア１４とこれを囲む固定の差動変圧器１
５を備え、該差動変圧器１５の電圧の変動を変位検出回
路１６により検出し、そのデータをローパス・フィルタ
１７及びＡＤ変換器１８を介してコンピュータからなる
演算装置１９に入力される。また、荷重制御装置１３
は、該連桿１１に取り付けられて移動自在の永久磁石２
０とこれを囲む荷重制御コイル２１を備え、荷重制御回
路２２から該荷重制御コイル２１に供給される電流を制
御して該永久磁石２０に発生する電磁力を制御し、該連
桿１１が押圧桿１０及び圧子５を介して試料１に与える
荷重を任意に制御できるようにした。該荷重のデータは
該荷重制御回路２２から該演算装置１９に入力され、該
演算装置１９において荷重と試料１の変位即ち押し込み
深さとの関係が演算される。

【００１７】該試験室４の内部には、赤外線加熱炉など
の輻射加熱装置３ａやクライオスタットなどの冷却装置
などからなる温度制御装置３を設け、これにより該支持
管２に保持した試料１の温度を任意に制御した。該試料
１の温度は熱電対２４に接続した温度測定回路２５にお
いて測定され、その測定値は該演算装置１９に入力され
て試料温度と荷重、変位の関係が演算される。図示の加
熱装置３ａの場合、該温度測定回路２５の測定値がフィ
ードバックされた温度制御器２６を接続し、該温度制御
器２６から該加熱装置３ａへの投入電力を加減すること
により試料１の温度が一定に制御されるようにした。該
試料１が酸化等の変質を生じやすい物質であるときは、
該試験室４内を真空に或いは不活性ガス雰囲気に制御し
てその変質を防止しながらクリープ試験を行う。

【００１８】図示の構成の試験装置を使用して試料１の
クリープ特性値を測定する押し込み型クリープ試験を行
う場合、該圧子５の下の支持管２に試料１を保持させ、
荷重制御装置１３により一定荷重をかける。該圧子５の
先端６は試料１に押し込まれ、その押し込み深さ即ち変
位は変位測定装置１２によって測定される。試験室４内
の任意の雰囲気下において、一定に保持した或る温度で
の押し込み深さ対時間の関係を表す「押し込み型クリー
プ曲線」を演算装置１９が演算し、その温度における最
小クリープ速度が得られる。温度を変えて、同じ試料１
の別の場所に圧子５を押し込むことによって、他の温度
における最小クリープ速度が得られる。このようにして
数点の最小クリープ速度を測定し、各温度域におけるク
リープの見かけの活性化エネルギーや応力指数などの特
性値を求めることができる。該圧子５の先端を先鋭にす
ることにより、試料１の１つの測定面で多数の測定試験
を行え、試料１が多相組織を有していても特定の相を選
んでその領域のクリープ特性値を求めることができる。

【００１９】該試料１は、その上下面の平行度が例えば
０．０１ｍｍ以下になるように、平面研磨機等で研磨し
ておき、これを支持管２の底面に置いて圧子５を軽く接
触させ、荷重制御コイル２１に一定電流を流すと、押圧
桿１０及び圧子５を介して試料１の上面に一定の荷重が
かかり、荷重がかかった瞬間から該圧子５は試料１内へ
時間の経過と共に押し込まれていく。該圧子５の押し込
み深さ即ち変位は１００μｍ程度になるが、その間の押
し込み深さの進行状態は変位測定装置１２の差動変圧器
１５の出力として得られ、これをローパス・フィルター
１７、ＡＤ変換器１８を通してコンピュータ１９に入力
し、記憶させ、押し込み深さの時間依存性を表す曲線を
ＣＲＴまたは記録紙上に描出する。該曲線の一例を図５
に示す。

【００２０】該圧子５の押し込み速度、つまり押し込み
クリープ速度ｕ′（＝ｄｕ／ｄｔ）に関する構成式は、
ｕ′＝ｕ′（Ｆ、Ｔ、ｕ）又はｕ′＝ｕ′（Ｆ、Ｔ、
ｔ）という形で表せる。Ｆは押し込み荷重、Ｔは試験温
度、ｕは圧子の押し込み深さ、ｔは２次クリープが始ま
ってから経過した時間である。前者の式で図示構成のク
リープ試験装置の測定結果を以下に解析する。この場
合、先端角として、角度θをもった円錐形の圧子５に一
定荷重を負荷したとき、圧子下の試料１の塑性域が時間
と共に発達する際に、その形が幾何学的相似性を持続す
るような場合を考えるものとする。

【００２１】変形の原点に関する圧子下の任意点のベク
トルをｒ、押し込み変形の段階を定義する特性長さを
押し込み深さｕで表すと、変位場について自己相似性が
保たれるときはｒ／ｕの関数になる。また、圧子５の
押し込み速度は圧子直下の材料の変形によって引き起こ
されるのであるから、圧子下の任意点における歪み速度
は圧子５の押し込み速度ｕ′の関数でもある。したがっ
て、歪み速度ε′（＝ｄε／ｄｔ）に影響する主な要因
を関係式で示すと

【００２２】

【数１】

【００２３】になる。右辺が単純な積の形になると仮定
して次元解析すると

【００２４】

【数２】

【００２５】ｃ₁は歪みの分布状態と場所に依存する無
次元定数である。圧子下の任意点における応力σは、平
衡状態では

【００２６】

【数３】

【００２７】で表せる。Ｓは圧痕の投影面積、ｃ₂は考
えている点、応力の種類、圧子の形状などに依存する無
次元定数である。また、定常クリープ速度又は最小クリ
ープ速度ε′の温度及び応力依存性は

【００２８】

【数４】

【００２９】のベキ乗則クリープの形で表せるとする。
Ａ₁は時間の逆数の次元をもつ材料定数、Ｅはヤング
率、ｎは応力指数、Ｑはクリープの見かけの活性化エネ
ルギーと称されるものであり、Ｒはガス定数である。
(2)、(3)、(4)式から

【００３０】

【数５】

【００３１】という押し込み型のクリープの構成式を得
る。Ａ₂はＡ₁ｃ₂ ⁿ／ｃ₁であり、Ａ₁と同じ次元（時間の
逆数）を有する材料定数である。(5)式の両辺の対数を
とり、Ｅとｕを一定として、１／Ｔについて微分すると
次式を得る。

【００３２】

【数６】

【００３３】したがって、測定点をlnｕ′対１／Ｔのグ
ラフにプロットしたときの直線部分の勾配から、クリー
プの見かけの活性化エネルギーＱが得られる。(5)式か
ら、各温度における応力指数は次式によって与えられ
る。

【００３４】

【数７】

【００３５】したがって、測定点をlnｕ′対lnｕのグラ
フにプロットしたときの直線部分の勾配から、応力指数
ｎが得られる。(5)式は、Ｋ＝ｕ′（Ｅｕ²／Ｆ）ⁿ／ｕ
と置いて、次のように書き換えることもできる。

【００３６】

【数８】

【００３７】このように整理すると、測定点は１本の母
曲線で表せることになる。したがって、クリープの見か
けの活性化エネルギーＱは次の式から求めることもでき
る。

【００３８】

【数９】

【００３９】式(5)を積分すると、次のようになる。

【００４０】

【数１０】

【００４１】ここで、ｕ₀は２次クリープが始まるとき
の圧子の押し込み深さである。ｕ＞＞ｕ₀の場合、上式
は

【００４２】

【数１１】

【００４３】で与えられる。この式は、各温度における
押し込みクリープ曲線においてｕ＞＞ｕ₀を満たす測定
点をｕとｔの両対数グラフにプロットすると、１本の直
線で表せることを示している。(11)式の両辺を対数化
し、温度一定として、lnｔで微分すると

【００４４】

【数１２】

【００４５】を得る。上式は、押し込みクリープ曲線を
両対数グラフで表したときの直線部分の勾配から各温度
における応力指数ｎが得られることを示している。

【００４６】材料のクリープ特性を表す応力指数は(7)
又は(12)式から得られ、クリープの見かけの活性化エネ
ルギーは(6)又は(9)式から得られる。それぞれの式から
応力指数や活性化エネルギーが別々に得られ、実験デー
タを処理する過程で生じた誤差を検討できるので好都合
である。

【００４７】試料に加える荷重は、荷重制御回路２２を
工夫して荷重制御コイル２１に供給する電流を制御する
ことにより任意の大きさに制御でき、次のような荷重を
変化させてのクリープ試験も行える。

【００４８】（１）荷重急変試験：クリープ試験の途中
で荷重を急変させる。このときの試料における押し込み
深さの時間的な変化を測定する。通常の引張クリープ試
験における応力急変法に相当する。（２）一定荷重速度試験：一定の荷重速度で圧子を試料
に押し込む。このときの押し込み深さの変化を測定す
る。（３）荷重速度急変試験：試験途中で荷重速度を急変さ
せる。このときの試料における押し込み深さの時間的な
変化を測定する。（４）荷重保持試験：ある荷重速度で試料に圧子を押し
込んだ後、荷重をある値で保持する。このときの押し込
み深さの時間的な変化を測定する。（５）一定押し込み速度試験：一定の押し込み速度で圧
子を試料に押し込む。このときの荷重の変化を測定す
る。（６）押し込み速度急変試験：試験途中で押し込み速度
を急変させる。このときの荷重の時間的な変化を測定す
る。通常の引張クリープ試験における歪み速度急変法に
相当する。（７）荷重緩和試験：ある押し込み速度で圧子を押し込
んだ後、圧子をある位置で保持する。このときの荷重の
時間的な変化を測定する。通常の引張クリープ試験にお
ける応力緩和法に相当する。

【００４９】更に、試料１は圧子５の先鋭な先端からの
押圧を受ける表面積を有すればよいので、小さい試料を
用意すれば足り、貴金属含有合金やレアメタル含有合金
のクリープ試験を安価に行え、試料１が小さいから図示
の輻射加熱装置３ａの代わりにクライオスタットを設け
て例えば液体窒素温度の極低温に於けるクリープ試験を
簡単に行える。また、１個の試料で多数の測定値を得る
ことができ、試料の形状が単純で済むので機械加工が困
難なファインセラミックスや金属間化合物なども容易に
クリープ試験できる。

【００５０】該変位測定装置１２や荷重制御装置１３は
差動変圧器１５や荷重制御コイル２１の大きさ程度のも
ので、支持管２や温度制御装置３も１０数センチ程度に
構成できるから、小さな試験室４に収容することがで
き、真空、不活性ガス雰囲気とすることも容易である。
該支持管２と押圧桿１１をアルミナ製とすれば、１００
０℃以上の高温中でのクリープ試験を行える。

【００５１】該荷重制御装置１３を永久磁石２０と荷重
制御コイル２１で、ギヤ等の摩擦のない非接触式で与え
ることにより、応答性がよくなり、高精度の荷重急変試
験が行える。

【００５２】

【実施例】図示の装置を使用して錫単結晶の試料のクリ
ープ試験を行った。試料の(110)面を試験面とし、押し
込み荷重は１００ｇ（０．９８Ｎ）、試験温度は３０３
Ｋ、３４６Ｋ、３８４Ｋ、４０８Ｋ、４３５Ｋ、４６３
Ｋである。なお、錫の融点Ｔ_mは５０５Ｋである。

【００５３】図６は、上記の測定条件下で記録された押
し込み深さの時間依存性を表す押し込みクリープ曲線で
ある。どの温度の場合も、負荷の作用直後の瞬間変形の
あと、圧子の変位は時間と共に増加し続けている。

【００５４】図７は、図６における１０ｓ以上の押し込
みクリープ曲線部分を両対数グラフに書き直したもので
ある。このように整理すると、ほとんど直線になること
が分かる。(12)式によれば、この直線の勾配は１／２ｎ
に相当する。これから求めた応力指数の値は、３０３Ｋ
〜３８４Ｋで約７．５、４０８Ｋで６．１、４３５Ｋ〜
４６３Ｋで約５．４であった。

【００５５】図８は、図６の４３５Ｋの場合の押し込み
深さとその時間微分、つまり押し込み速度の時間依存性
を示したものである。押し込み速度の計算はコンピュー
タによる。

【００５６】図９は、図８の押し込み深さに対する押し
込み速度の変化を各試験温度ごとに両対数グラフに表し
たものである。圧子の押し込み深さが小さいときには測
定点は直線から上方に外れる傾向にあるが（実験点が重
なって不明瞭になるので、図ではこの部分が省かれてい
る）、ある時間が経過した後には各温度ごとに一本の直
線に乗ることが示されている。(7)式によれば、この直
線の勾配は１−２ｎに相当する。これから求めた応力指
数の値は、３０３Ｋ〜３８４Ｋで約７．５、４０８Ｋで
６．３、４３５Ｋ〜４６３Ｋで約５．５であり、(12)式
から求めたものとほとんど同じであった。

【００５７】図９で押し込み深さとしてｕ＝３６μｍを
選び、このときの各温度における押し込み速度をアレニ
ウスプロットしたものが、図１０である。横軸は融点で
規格化した温度の逆数Ｔ_m／Ｔで表されている。すべて
の測定点は、勾配の異なる２本の直線で代表させること
ができる。(6)式によれば、この直線の勾配は−Ｑ／Ｒ
Ｔ_mに相当するので、押し込みクリープの見かけの活性
化エネルギーには０．８１Ｔ_m（４１０Ｋ）付近に遷移
温度が存在することになる。この直線の勾配から求めた
見かけの活性化エネルギーＱの値は、３０３Ｋ〜４１０
Ｋの低温域で４３ｋＪ／ｍｏｌ、４１０Ｋ〜４６３Ｋの
高温域で１１７ｋＪ／ｍｏｌであった。図中に、(7)式
から求めた応力指数の値も併記した。

【００５８】図１１は、図９のすべての実験点について
Ｋ＝ｕ′（Ｅｕ²／Ｆ）ⁿ／ｕの値を計算してアレニウス
プロットしたものである。Ｋ値を求めるときのヤング率
には各温度の値を用いた。Ｋ値は、遷移温度近くの４０
８Ｋの場合を除いて、勾配の異なる２本の直線に乗って
いる。(9)式によれば、この直線の勾配は−Ｑ／ＲＴ_mに
相当する。これから求めた見かけの活性化エネルギーＱ
の値は、低温域で４４ｋＪ／ｍｏｌ、高温域で１０７ｋ
Ｊ／ｍｏｌであり、図１０で求めた値と１０％以内の誤
差で一致が得られている。図中には、(12)式から求めた
応力指数の値も記入してある。

【００５９】表１に、本発明による押し込み型クリープ
試験方法から得られた結果と従来のクリープ試験方法に
よる測定値との比較を示した。両者の値は良い一致を示
している。他の数種の材料についても、押し込み型クリ
ープ試験方法から得られた結果と従来のクリープ試験方
法による値とが良く一致することが確かめられている。

【００６０】

【表１】

【００６１】

【発明の効果】以上のように本発明の方法によれば、温
度制御装置を備えた雰囲気中の試料を制御荷重が作用し
た圧子の先鋭な先端により押圧し、その押し込み速度を
測定して該試料のクリープを測定するようにしたので、
小さな少量の試料でその測定を行え、試料は上下の面を
平行に形成した単純な形状に形成すればよいから機械加
工が困難なファインセラミックスなども簡単に試験で
き、先端が先鋭な圧子で試料の１面を位置を変えて押圧
することができるから、多数の測定値を短時間且つ安価
に得ることができる等の効果があり、請求項２乃至４の
構成とすることにより正確な各種の試験を行え、請求項
５以下の構成とすることにより、本発明の方法を適切に
実施できる等の効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】一般的なクリープ曲線の説明図

【図２】本発明の装置の実施の形態を示す側面図

【図３】図２の圧子の拡大図

【図４】図２の要部の拡大図

【図５】押し込み深さ−時間曲線図

【図６】具体的な押し込み深さ−時間曲線図

【図７】図６の曲線を対数曲線で表した線図

【図８】図６の測定温度４３５Ｋの押し込み深さ−時間
曲線とその時間微分曲線図

【図９】押し込み深さ−押し込み速度の対数曲線図

【図１０】押し込み速度、応力指数−絶対温度の逆数の
線図

【図１１】(9)式から活性化エネルギーを求めるプロッ
ト図

【符号の説明】

１試料、２支持管、２ａ試料載置部、３温度制
御装置、３ａ加熱装置、４試験室、５圧子、６
先端、８ガス導入口、９排気口、１０押圧桿、１
１連桿、１２変位測定装置、１３荷重制御装置、
１４フェライトコア、１５差動変圧器、２０永久
磁石、２１荷重制御コイル、

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】温度制御装置を備えた雰囲気中に試料を固
定し、該試料をこれよりも硬く且つ制御された荷重が作
用した先端が先鋭な圧子により押圧し、該圧子の該試料
への押し込み速度を測定して該試料のクリープを測定す
ることを特徴とするクリープ試験方法。
【請求項２】上記試料を有底の支持管内の底部に設置す
ると共に該支持管の底部の周囲に設けた温度制御装置に
より温度制御し、上記圧子を外部から該支持管内へと延
びた該支持管と同材料の押圧桿の先端に取り付けること
を特徴とする請求項１に記載のクリープ試験方法。
【請求項３】上記押圧桿に中空管を使用することを特徴
とする請求項２に記載のクリープ試験方法。
【請求項４】上記圧子に作用する荷重を荷重制御装置に
より任意に変更することを特徴とする請求項１又は２に
記載のクリープ試験方法。
【請求項５】試験室の壁面に一端を固定し他端に試料載
置部を設けた支持管と、該壁面を挿通し且つ該支持管に
沿って延びる移動自在の押圧桿と、該押圧桿の先端に取
り付けられて該試料載置部に設置した試料の表面に当接
する先鋭な先端を有する圧子と、該押圧桿に作用して該
圧子が該試料を押圧する荷重を制御する荷重制御装置
と、該試料の温度を輻射により制御する温度制御装置
と、該圧子が該試料に押し込まれる押し込み距離の変化
を測定する変位測定装置と、該試料の温度および該押し
込み距離の変化ならびに該荷重の信号が入力されて該試
料のクリープを演算する演算装置とを備えたことを特徴
とするクリープ試験装置。
【請求項６】上記支持管と押圧桿を同材料でほぼ同断面
積に形成し、上記荷重制御装置を永久磁石と荷重制御コ
イルで構成し、上記変位測定装置をフェライトコアと差
動変圧器で構成したことを特徴とする請求項５に記載の
クリープ試験装置。
【請求項７】上記温度制御装置を輻射加熱装置又はクラ
イオスタットで構成したことを特徴とする請求項５に記
載のクリープ試験装置。