JP2007132759A - リラクゼーション試験方法及び試験装置、並びに試験治具 - Google Patents

Abstract

【課題】材料の応力緩和を簡便な方法で、効率よく、高精度に測定することができるリラクゼーション試験方法及び試験装置、並びに試験治具を提供すること。
【解決手段】リラクゼーション試験方法は、一対の試験片１１、１２の歪み変位を測定するための変位測定部に変位検出手段２１、２２を取り付ける準備工程と、試験片１１、１２の間の中央部１１０、１２０に支持部材３を挟持させた後、拘束部材４により試験片１１、１２の両端部１１１、１１２、１２１、１２２を拘束し、試験片１１、１２に所定の曲げ応力を付与させると共に該曲げ応力によって試験片１１、１２に生じた歪み変位を一定に保つ組付け工程と、試験片１１、１２を所定の時間加熱する加熱工程と、試験片１１、１２に付与されている曲げ応力を開放し、その際に試験片１１、１２に生じた歪み変位を変位検出手段２１、２２により測定し、残留応力を求める残留応力測定工程とを含む。
【選択図】図４

Description

本発明は、材料の応力緩和挙動を測定するリラクゼーション試験方法及び試験装置、並びに試験治具に関する。

金属やプラスチック等の材料は、一定の歪みを与えて放置すると、その応力が時間と共に変化（減少）する応力緩和（リラクゼーション）現象が知られている。また、従来から、この応力緩和の挙動を調べるための様々なリラクゼーション試験装置及びそれを用いた試験方法が開示されている。

例えば、特許文献１には、試験片の変位検出手段としての差動トランス、負荷手段としての油圧ピストン、負荷検出手段としてのロードセル等を備えたリラクゼーション試験機が開示されている。しかしながら、上記リラクゼーション試験機及びそれを用いた試験方法では、上記のような設備を必要とするため、装置が大掛かりなものとなってしまうという問題がある。また、１回の測定に多くの時間を要し、荷重及び変位の計測・制御に温度変化の影響を受け易く、高精度な測定を行うことができないおそれがある。

また、軸力保持率を測定し、応力緩和挙動を求める簡易的な方法もあるが、軸力を高精度に測定することが困難であるという問題がある。
つまり、材料の応力緩和挙動を簡便な方法で、効率よく、高精度に測定することができるリラクゼーション試験方法や試験装置は、現在まで見出されていなかった。

特開平１０−３３２５６１号公報

本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、材料の応力緩和を簡便な方法で、効率よく、高精度に測定することができるリラクゼーション試験方法及び試験装置、並びに試験治具を提供しようとするものである。

第１の発明は、一対の試験片の少なくとも一方における、表面の歪み変位を測定するための変位測定部に変位検出手段を取り付ける準備工程と、
上記変位測定部を外方に向けた状態で上記一対の試験片を対面させると共に両者の間の中央部に支持部材を挟持させた後、拘束部材により上記試験片の両端部を拘束し、かつ、該試験片に所定の曲げ応力を付与させると共に該曲げ応力によって上記試験片に生じた歪み変位を一定に保つ組付け工程と、
上記試験片に生じた歪み変位を一定に保った状態において、該試験片を所定の時間加熱する加熱工程と、
上記試験片を冷却後、該試験片に付与されている曲げ応力を開放し、その際に上記試験片に生じた歪み変位を上記変位検出手段により検出し、残留応力を求める残留応力測定工程とを含むことを特徴とするリラクゼーション試験方法にある（請求項１）。

本発明のリラクゼーション試験方法は、上記のごとく、準備工程、組付け工程、加熱工程、及び残留応力測定工程を行う。すなわち、従来のような大掛かりな装置を用いることなく、上記の変位検出手段、支持部材、及び拘束部材といった簡易な部材を用いて、簡便な方法により、上記加熱工程直後における上記試験片の残留応力を求めることができる。そして、この残留応力と上記組付け工程において付与した上記曲げ応力との値の差により、所定時間加熱した場合における上記試験片の応力の変化を求めることができる。この内容について、詳細に説明する。

上記組付け工程では、上記一対の試験片の間の中央部に支持部材を挟持させた後、拘束部材により上記試験片の両端部を拘束する。ここでいう上記中央部とは、上記試験片の両端部の間の部分を意味する。この状態において、上記一対の試験片の両端部を互いに近づけることにより、上記支持部材を支点として上記試験片の中央部に曲げ応力を付与させることができる。そして、該曲げ応力によって生じた上記試験片の歪み変位を、上記変位測定部に取り付けた上記変位検出手段により検出することができる。そして、この歪み変位から、上記試験片に付与されている上記曲げ応力の大きさを求めることができる。

また、上記一対の試験片の両端部における互いの距離を調整することにより、上記試験片の歪み変位の大きさ、すなわち上記曲げ応力の大きさを調整することができる。また、上記一対の試験片の両端部における互いの距離を一定に保つことにより、上記試験片に生じた歪み変位を一定に保つことができる。

また、上記残留応力測定工程では、上記曲げ応力を開放した際に上記試験片に生じた歪み変位を、上記変位検出手段により検出する。そして、この歪み変位から、開放された上記曲げ応力の大きさ、すなわち上記加熱工程直後に上記試験片に残留していた応力（残留応力）の大きさを求めることができる。

このように、上記リラクゼーション試験方法では、上記の簡易な部材を用いて、簡便な方法により、上記試験片に所定の曲げ応力を付与させ、該曲げ応力によって生じた上記試験片の歪み変位を一定に保つことができ、また上記加熱工程直後における上記試験片の残留応力を求めることができる。そして、この残留応力と上記組付け工程において付与した上記曲げ応力との値の差により、上記試験片を構成する材料について、所定時間加熱した場合における応力の変化、すなわち応力緩和（リラクゼーション）を測定することができる。

また、上記リラクゼーション試験方法は、上記試験片の両端部を拘束し、曲げのたわみにより曲げ応力を付与させる方式である。すなわち、引っ張りなどに比べて、上記試験片の両端部の変位量を大きくとることができる。これにより、上記試験片に付与する曲げ応力の精度を高めることができる。また、付与する応力の大きさを調整することも容易となる。

また、上記組付け工程及び上記残留応力測定工程は、特に温度雰囲気に条件はないため、両工程ともに室温で行うことができる。すなわち、上記曲げ応力の付与及び上記残留応力の測定を室温で行うことができる。そのため、上記試験片に付与されている応力の変化を高精度に安定して検出することができる。また、上記変位検出手段のゼロ点がドリフトした場合でも、曲げ応力を開放する前後における上記変位検出手段で検出した値の差を歪み変位量として用いることができるので、ドリフトの影響を受けずに高精度な測定を行うことができる。

また、上記加熱工程では、上記試験片に上記変位検出手段、上記支持部材、及び上記拘束部材を組み付け、上記試験片に生じた歪み変位を一定に保った状態において、該試験片を所定の時間加熱する。すなわち、上記試験片に上記の簡易な部材を組み付けた状態で加熱を行うため、上記加熱工程を複数の試験片について同時に行うことが容易となる。これにより、一度に多くの試験片について評価を行うことができ、リラクゼーション試験の効率を向上させることができる。

以上により、本発明のリラクゼーション試験方法によれば、材料の応力緩和を簡便な方法で、効率よく、高精度に測定することができる。

第２の発明は、上記第１の発明のリラクゼーション試験方法に用いる、上記試験片に所定の曲げ応力を付与させ、該曲げ応力により上記試験片に生じた歪み変位を一定に保つためのリラクゼーション試験治具であって、
上記一対の試験片の間に挟持させる支持部材と、
上記試験片の両端部を拘束することができ、かつ、上記試験片に上記曲げ応力を付与させると共に該曲げ応力により上記試験片に生じた歪み変位を一定に保つことができる拘束部材と、
上記試験片に生じた歪み変位を検出する変位検出手段とを有していることを特徴とするリラクゼーション試験治具にある（請求項１１）。

本発明のリラクゼーション試験治具は、上記のごとく、支持部材、拘束部材、及び変位検出手段を有している。すなわち、従来のような大掛かりな装置ではなく、上記の簡易な部材により構成されている。そして、この簡易な部材で構成された上記リラクゼーション試験治具を用いることにより、上記試験片を構成する材料について、所定時間加熱した場合における応力緩和（リラクゼーション）を簡便な方法で、効率よく、高精度に測定することができる。

第３の発明は、上記第２の発明のリラクゼーション試験治具と、上記試験片を加熱する加熱槽と、上記変位検出手段に接続され、上記試験片に生じた歪み変位を測定するひずみ測定器とを有していることを特徴とするリラクゼーション試験装置にある（請求項１６）。

本発明のリラクゼーション試験装置は、上記のごとく、簡易な部材で構成されたリラクゼーション試験治具、加熱槽、及びひずみ測定器を有している。すなわち、従来のような大掛かりな装置で複雑に構成されているわけではなく、上記のような簡単な構成である。そして、この簡単な構成の上記リラクゼーション試験装置を用いることにより、上記試験片を構成する材料について、所定時間加熱した場合における応力緩和（リラクゼーション）を簡便な方法で、効率よく、高精度に測定することができる。

本発明においては、上記組付け工程で付与される曲げ応力（初期曲げ応力）によって上記試験片に塑性変形が生じる場合には、初期曲げ応力の補正を行う必要がある。具体的には、上記試験片に上記変位検出手段、上記支持部材、及び上記拘束部材を組み付けた後、一旦拘束を解く。そして、拘束を解く前の残留応力を求め、これを初期曲げ応力とすることで補正を完了する。また、補正後の初期曲げ応力が目標値よりも低い場合には、上記の方法により補正を繰り返し行い、目標値に近づければよい。
その後は、補正後の初期曲げ応力を付与させて上記リラクゼーション試験を継続することができる。

また、上記変位測定部は、上記試験片の外側表面のうち、最も大きな歪み変位が得られる位置に設定することが好ましい。
また、上記変位測定部は、一方の試験片のみに設けてもよいが、両方の試験片に設け、両方の試験片の歪み変位の平均値を用いる方が精度向上のために好ましい。

また、上記残留応力測定工程の後に、上記組付け工程、上記加熱工程、及び上記残留応力測定工程を１サイクルとする工程を繰り返し行い、かつ、２回目以降の上記組付け工程では、直前の上記残留応力測定工程において求めた残留応力と同じ大きさの曲げ応力を上記試験片に付与させることが好ましい（請求項２）。
この場合には、上記の工程を繰り返し行うことにより、連続加熱して、連続的に残留応力を測定した場合と同様の応力緩和挙動を得ることができる。

また、上記支持部材と上記拘束部材とは、熱膨張係数が等しい材料からなることが好ましい（請求項３、１２）。
この場合には、上記試験片を加熱又は冷却することにより、該試験片の中央部及び両端部に組み付けられた上記支持部材及び上記拘束部材が熱膨張又は熱収縮しても、両者は同じように伸縮するため、上記試験片の歪み変位を温度に関係なく一定に保つことができる。これにより、室温で曲げ応力の付与及び残留応力の測定を行っても、高温で同じ操作を行った場合と同じ残留応力を測定することができる。また、室温と高温において上記試験片の弾性率が異なる場合には、それを補正して、より高精度に残留応力を求めることができる。

また、上記準備工程では、上記試験片の両端部にそれぞれ上記ボルトを挿通させる挿通穴を設けておき、
上記組付け工程では、上記拘束部材として２組のボルト及び該ボルトに螺合するナットを用い、上記ボルトを上記試験片の両端部に設けた上記挿通穴にそれぞれ挿通させた後、上記ボルトに上記ナットを螺合して締め付けることにより上記試験片の両端部を拘束すると共に所定の曲げ応力を付与させ、上記ナットを上記ボルトの所定の位置に保持することにより上記曲げ応力によって上記試験片に生じた歪み変位を一定に保つことが好ましい（請求項４）。
即ち、上記拘束部材は、予め上記試験片の両端部にそれぞれ設けた挿通穴に挿通させる２組のボルト及び該ボルトに螺合するナットからなることが好ましい（請求項１３）。

この場合には、上記試験片の両端部を拘束し、かつ、上記試験片に上記曲げ応力を付与させると共に該曲げ応力により上記試験片に生じた歪み変位を一定に保つという上記拘束部材としての役割を、上記ボルト及びナットのような簡易な部材により、容易に行うことができる。

また、上記試験片の両端部にそれぞれ設けた上記挿通穴の間の距離は、上記試験片の厚みの２０倍以上であることが好ましい（請求項５）。
この場合には、上記試験片を充分に大きなスパンで曲げて、応力を付与させることができる。そのため、上記試験片に曲げ応力を付与させた際に、該試験片の歪み変位を大きくとることができる。これにより、上記ボルト及びナットのような簡易な部材を用いて、上記試験片の歪み変位を容易に調整することができると共に、所定の曲げ応力を高精度に付与させることができる。

また、上記支持部材は、その外周側面に上記試験片に当接する円弧状の当接面を有していることが好ましい（請求項６、１４）。
この場合には、上記支持部材の当接面に上記試験片を円滑に当接させると共に、上記支持部材を支点として上記試験片に安定して曲げ応力を付与させることが容易となる。また、上記試験片に曲げ応力を付与させた際に、該試験片の歪み変位を大きくとることができる。これにより、上記試験片に所定の曲げ応力を高精度に付与させることができる。

また、上記支持部材は、丸棒状であることがより好ましい。
この場合には、簡単な構成で上記の効果をより一層発揮することができる。
なお、上記支持部材としては、曲げを付与できる起点となるものであれば様々な形状のものを用いることができる。また、その個数も１つに限らず、複数としてもよい。

また、上記変位検出手段は、高温ひずみゲージであることが好ましい（請求項７、１５）。
この場合には、上記試験片に生じる歪み変位を高精度に測定することができる。

また、上記試験片は、板状であることが好ましい（請求項８）。
この場合には、上記試験片に曲げ応力を付与させることが容易となると共に、該試験片の歪み変位を大きくとることができる。これにより、上記試験片に所定の曲げ応力を高精度に付与させることができる。

また、上記試験片の厚みは、１〜５ｍｍであることが好ましい（請求項９）。
この場合には、上記試験片に曲げ応力を付与させた際に、該試験片の歪み変位をさらに大きくとることができる。
上記試験片の厚みが１ｍｍ未満の場合には、上記試験片を所望のサイズに加工する際に残留応力が発生するおそれがある。一方、５ｍｍ以上の場合には、上記試験片に曲げ応力を付与させた際に、上記試験片の歪み変位を充分にとることができないおそれがある。そのため、上記の効果を充分に得るためには、３ｍｍ以下であることがより好ましく、さらには１〜２ｍｍが最適の範囲である。

また、上記試験片の幅は、該試験片の厚みの５倍以上であることが好ましい（請求項１０）。
この場合には、上記試験片に曲げ応力を付与させた際に、該試験片の幅方向における応力分布を均一とすることができる。これにより、上記試験片に生じる歪み変位及び曲げ応力を高精度に測定することができる。

また、上記ひずみ測定器としては、上記一対の試験片に取り付けた上記変位検出手段を用いて両試験片を同時に測定することができる静ひずみ計、動ひずみ計等を用いることが好ましい。
この場合には、両試験片に生じる歪み変位（応力）を一度に測定することができるため、作業をより効率化できる。

また、上記ひずみ測定器と上記変位検出手段との配線は常時接続ではなく、必要に応じて配線を外すことができる分離形であることが好ましい。これにより、歪み変位（応力）測定時のみ配線をし、その他の工程では配線しないため、上記試験片の取り扱いが簡単となる。そして、それに伴い、配線ミスや接続不良等による測定エラーを極めて少なくすることができる。
さらに、両者の配線の接続は、はんだ付けによるものであることが好ましい。これにより、容易かつ確実に両者の接続と分離とを行うことができると共に、両者の接続部分の接触抵抗を極めて小さくすることができるので、高精度な測定が可能となる。

本発明の実施例にかかるリラクゼーション試験方法及び試験装置、並びに試験治具について、図１〜図６を用いて説明する。

まず、本例に用いるリラクゼーション試験治具について説明する。
本例のリラクゼーション試験治具１は、図３〜図５に示すごとく、一対の試験片１１、１２の間に挟持させる支持部材３と、試験片１１、１２の両端部１１１、１１２、１２１、１２２を拘束することができ、かつ、試験片１１、１２に曲げ応力を付与させると共に該曲げ応力により試験片１１、１２に生じた歪み変位を一定に保つことができる拘束部材４と、試験片１１、１２に生じた歪み変位を検出する変位検出手段としての高温ひずみゲージ２１、２２とを有している。

同図に示すごとく、支持部材３は、耐熱性に優れたＳＵＳ３０４製の丸棒状（図２参照）のものであり、その外周側面３００は円弧状を呈している。また、支持部材３の寸法は、直径６ｍｍ、長さ２５ｍｍである。
また、拘束部材４としては、２本のボルト４１、４２及びボルト４１、４２に螺合するナット４１３、４２３で構成されている。ボルト４１、４２は、一方の端部４１２、４２２にボルト頭部４１４、４２４を有している。また、本例では、ナット４１３、４２３の締め付け安定化、緩み防止のためのワッシャー４１５、４１６、４２５、４２６も用いた。なお、拘束部材４は、全ての部材が支持部材３と同じ耐熱性に優れたＳＵＳ３０４製である。

次に、上述のリラクゼーション試験治具１を有するリラクゼーション試験装置について説明する。
本例のリラクゼーション試験装置５は、図６に示すごとく、リラクゼーション試験治具１と、試験片１１、１２を加熱する加熱槽５１と、変位検出手段としての高温ひずみゲージ２１、２２に接続され、試験片１１、１２に生じた歪み変位を測定するひずみ測定器としての多チャンネル型の静ひずみ計５２とを有する。
なお、加熱槽５１としては、温風循環式の恒温槽（設定温度５０〜３００℃、温度分布±５℃以内）を用いた。

また、同図に示すごとく、高温ひずみゲージ２１には、長さ数ｃｍのゲージリード２１１、２１２が接続されており、静ひずみ計５２には、ゲージリード２１１、２１２よりも太く、電気抵抗が小さいリード線５２１、５２２、５２３が接続されている。ゲージリード２１１、２１２とリード線５２１、５２２、５２３とは、必要に応じてはんだ付けにより接続と分離とを行うことができる分離形となっている。なお、図中では、両者は接続部２１０においてはんだ付けにより接続されている。

また、同様に、高温ひずみゲージ２２には、長さ数ｃｍのゲージリード２２１、２２２が接続されており、静ひずみ計５２には、ゲージリード２２１、２２２よりも太く、電気抵抗が小さいリード線５２４、５２５、５２６が接続されている。ゲージリード２２１、２２２とリード線５２４、５２５、５２６とは、必要に応じてはんだ付け等により接続と分離とを行うことができる分離形となっている。なお、図中では、両者は接続部２２０においてはんだ付けにより接続されている。

次に、上述のリラクゼーション試験治具１を有するリラクゼーション試験装置５を用いたリラクゼーション試験方法について説明する。
本例のリラクゼーション試験方法は、図１〜図５に示すごとく、準備工程、組付け工程、加熱工程、及び残留応力測定工程を含む。

上記準備工程は、一対の試験片１１、１２の両方における、表面の歪み変位を測定するための変位測定部に変位検出手段としての高温ひずみゲージ２１、２２を取り付ける工程である。
上記組付け工程は、変位測定部を外方に向けた状態で試験片１１、１２を対面させると共に両者の間の中央部１１０、１２０に支持部材３を挟持させた後、拘束部材４により試験片１１、１２の両端部１１１、１１２、１２１、１２２を拘束し、かつ、試験片１１、１２に所定の曲げ応力を付与させると共に該曲げ応力によって試験片１１、１２に生じた歪み変位を一定に保つ工程である。

上記加熱工程は、試験片１１、１２に生じた歪み変位を一定に保った状態において、試験片１１、１２を所定の時間加熱する工程である
上記残留応力測定工程は、試験片１１、１２を冷却後、試験片１１、１２に付与されている曲げ応力を開放し、その際に試験片１１、１２に生じた歪み変位を高温ひずみゲージ２１、２２により検出し、残留応力を求める工程である。
以下、これを詳説する。

＜準備工程＞
まず、図１に示すごとく、２枚のアルミ合金製の薄板状試験片１１、１２を準備する。試験片１１の両端部１１１、１１２には、それぞれ後述のボルトを挿通させるための挿通穴１１５、１１６を設けておく。同様に、試験片１２の両端部１２１、１２２にも、それぞれ挿通穴１２５、１２６を設けておく。
なお、試験片１１、１２の寸法は、厚み１．３ｍｍ、幅１０ｍｍ、長さ５５ｍｍであり、幅は厚みの約７．７倍である。また、挿通穴１１５、１１６の間、及び挿通穴１２５、１２６の間の距離は４０ｍｍであり、試験片１１、１２の厚みの約３１倍である。

次に、同図に示すごとく、試験片１１における変位測定部となる表面１１３の中央部１１０に、変位検出手段としての高温ひずみゲージ２１を貼付する。同様に、第２試験片１２における変位測定部となる表面１２３の中央部１２０にも、高温ひずみゲージ２２を貼付する。ここでいう中央部１１０（１２０）とは、試験片１１（１２）の両端部１１１、１１２（１２１、１２２）の間の部分のことである。なお、本例では、最も大きな歪み変位が得られる試験片１１、１２の長さの中間点を含むように、高温ひずみゲージ２１、２２を配置した。

ここで、高温ひずみゲージ２１、２２と静ひずみ計５２との配線を行っておく。
図６に示すごとく、高温ひずみゲージ２１のゲージリード２１１に静ひずみ計５２のリード線５２１を、またゲージリード２１２にリード線５２２、５２３を、それぞれはんだゴテを用いてはんだ付けにより接続する。同様に、高温ひずみゲージ２２のゲージリード２２１を静ひずみ計５２のリード線５２４に、またゲージリード２２２をリード線５２５、５２６に、それぞれはんだゴテを用いてはんだ付けにより接続する。これにより、高温ひずみゲージ２１、２２と静ひずみ計５２とは、接続部２１０、２２０を介して接続される。

＜組付け工程＞
次に、図２に示すごとく、高温ひずみゲージ２１、２２をそれぞれ外方に向けた状態で、試験片１１、１２を対面させる。そして、試験片１１の中央部１１０と試験片１２の中央部１２０との間に、支持部材３を試験片１１、１２の長手方向に直交する方向に配置して、挟持させる。このとき、支持部材３の円弧状の外周側面３００を、最も大きな歪み変位が得られるように、試験片１１、１２の長さの中間点に当接させる。

次に、図３に示すごとく、端部４１２のボルト頭部４１４にワッシャー４１６を取り付けたボルト４１を、試験片１１の挿通穴１１５と試験片１２の挿通穴１２５とに挿通させる。同様に、端部４２２のボルト頭部４２４にワッシャー４２６を取り付けたボルト４２を、試験片１１の挿通穴１１６と試験片１２の挿通穴１２６とに挿通させる。

次に、同図に示すごとく、ボルト４１のもう一方の端部４１１から、ワッシャー４１５を取り付け、ナット４１３を螺合させる。同様に、ボルト４２のもう一方の端部４２１からも、ワッシャー４２５を取り付け、ナット４２３を螺合させる。これにより、試験片１１、１２の両端部１１１、１１２、１２１、１２２を拘束する。

次に、図４に示すごとく、ナット４１３、４２３を徐々に締め付け、試験片１１、１２の中央部１１０、１２０に曲げ応力を付与させる。そして、曲げ応力の値を高温ひずみゲージ２１、２２で歪み変位を検出し、静ひずみ計５２により曲げ応力の値を算出しながらナット４１３、４２３を徐々に締め付け、所定の曲げ応力を付与させた。本例では、初期曲げ応力Ｆ₀として２００ＭＰａの曲げ応力を付与させた。

なお、初期曲げ応力Ｆ₀によって試験片１１、１２に塑性変形が生じる場合には、初期曲げ応力Ｆ₀の補正を行う必要がある。具体的には、試験片１１、１２に高温ひずみゲージ２１、２２、支持部材３、拘束部材４を組み付けた後、一旦拘束を解く。そして、拘束を解く前の残留応力を求め、これを初期曲げ応力Ｆ₀とすることで補正を完了する。また、補正後の初期曲げ応力Ｆ₀が目標値より低い場合には、上記の方法により補正を繰り返し行い、目標値に近づければよい。
その後は、補正後の初期曲げ応力Ｆ₀を付与させてリラクゼーション試験を継続することができる。

＜加熱工程＞
次に、高温ひずみゲージ２１、２２と静ひずみ計５２の接続部分である接続部２１０、２２０をはんだごてを用いて加熱し、両者を分離する（図６参照）。また、一対の試験片１１、１２が複数ある場合には、それぞれについて上記の作業を行う。
そして、図６に示すごとく、試験片１１、１２にリラクゼーション試験治具１である高温ひずみゲージ２１、２２、支持部材３、拘束部材４を組み付けた状態、すなわち試験片１１、１２に生じた歪み変位を一定に保った状態で、試験片１１、１２を雰囲気温度１８０℃に設定した加熱槽５１に入れ、６０分間加熱を行った。
なお、ひずみ測定器としての静ひずみ計５２は、このように加熱のときは高温ひずみゲージ２１、２２から分離し、歪み変位を測定するときは接続する（以下同様）。

＜残留応力測定工程＞
次に、試験片１１、１２を加熱槽５１から取り出し、室温まで冷却する。
そして、図５に示すごとく、ナット４１３、４２３を緩めていき、試験片１１、１２に付与されている曲げ応力が０となるように応力を開放する（図３と同様の状態）。

そして、曲げ応力を開放した際に試験片１１、１２に生じた歪み変位を高温ひずみゲージ２１、２２により検出して静ひずみ計５２により測定し、この試験片１１、１２に生じた歪み変位から、開放された曲げ応力の大きさ、すなわち加熱工程直後に試験片１１、１２に残留している応力（残留応力Ｆ₁）の大きさを求める。本例では、試験片１１、１２の平均値を求めたところ、残留応力Ｆ₁は１６０ＭＰａであった。

この残留応力Ｆ₁と上記組付け工程において付与した初期曲げ応力Ｆ₀との値の差が、試験片１１、１２を６０分間加熱した場合における応力の変化、すなわち応力緩和（リラクゼーション）となる。
なお、初期曲げ応力Ｆ₀及び残留応力Ｆ₁は、生じた歪み変位に試験片１１、１２を構成する材料の弾性率をかけて求めることができる。

次に、本例では、さらに加熱を行った場合における応力緩和挙動を求めるために、上記残留応力測定工程の後に、組付け工程、加熱工程、及び残留応力測定工程を１サイクルとする工程を繰り返し行う。以下、この内容について説明する。

上記残留応力測定工程において残留応力Ｆ₁を求めた後、再び組付け工程を行う。すなわち、試験片１１、１２の両端部１１１、１１２、１２１、１２２を拘束した状態（図３の状態）から、ナット４１３、４２３を徐々に締め付け、試験片１１、１２の中央部１１０、１２０に曲げ応力を付与させる（図４の状態）。このとき、直前の残留応力測定工程において求めた残留応力Ｆ₁と同じ大きさの曲げ応力を付与させる。

次に、上記加熱工程と同様の手順で、雰囲気温度１８０℃の加熱槽５１において６０分間加熱を行う。
次に、上記残留応力測定工程と同様の手順、すなわち試験片１１、１２に付与されている曲げ応力が０となるように応力を開放した状態（図５の状態）で残留応力Ｆ₂を求める。

この残留応力Ｆ₂は、試験片１１、１２を雰囲気温度１８０℃で累積１２０分間加熱した場合における残留応力である。しかしながら、本例では、加熱時において試験片１１、１２に組み付けられている支持部材３及び拘束部材４の熱膨張係数が等しいため、加熱及び冷却時における試験片１１、１２の応力（歪み変位）の変化を無視することができる。そのため、残留応力Ｆ₂は、試験片１１、１２を連続して１２０分間加熱した場合の残留応力に等しい。

このようにして、組付け工程、加熱工程、及び残留応力測定工程を１サイクルとする工程を繰り返し行い、累積加熱時間６０、１２０、１８０、３００、４２０・・・（分）における残留応力Ｆ₁、Ｆ₂、Ｆ₃、Ｆ₄、Ｆ₅・・・（ＭＰａ）を求める。

そして、図７に示すごとく、縦軸に残留応力（ＭＰａ）、横軸に累積加熱時間（分）をとり、残留応力Ｆ₁、Ｆ₂、Ｆ₃、Ｆ₄、Ｆ₅・・・の値をプロットすることにより、連続加熱して、連続的に残留応力を測定した場合と同様の応力緩和挙動を得ることができる。なお、累積加熱時間０（分）における残留応力の値は、初期曲げ応力Ｆ₀の値である。

次に、本例のリラクゼーション試験方法における作用効果について説明する。
本例のリラクゼーション試験方法は、上記のごとく、準備工程、組付け工程、加熱工程、及び残留応力測定工程を行う。すなわち、従来のような大掛かりな装置を用いることなく、支持部材３、拘束部材４、変位検出手段（高温ひずみゲージ）２１、２２といった簡易な部材で構成されたリラクゼーション試験治具１、及び簡単な構成のリラクゼーション試験装置５を用いて簡便な方法により、リラクゼーション試験を行う。

これにより、試験片１１、１２に所定の曲げ応力を付与させ、該曲げ応力によって生じた試験片１１、１２の歪み変位を一定に保つことができ、また加熱後の試験片１１、１２における残留応力を求めることができる。そして、この残留応力と上記組付け工程において付与した初期曲げ応力との値の差により、試験片１１、１２を構成する材料について、所定時間加熱した場合における応力の変化、すなわち応力緩和（リラクゼーション）を測定することができる。

また、本例のリラクゼーション試験方法は、試験片１１、１２の両端部１１１、１１２、１２１、１２２を拘束し、曲げのたわみにより曲げ応力を付与させる方式である。すなわち、引っ張りなどに比べて、試験片１１、１２の変位量を大きくとることができる。これにより、試験片１１、１２に付与する曲げ応力の精度を高めることができる。また、付与する応力の大きさを調整することも容易となる。

また、組付け工程及び残留応力測定工程は室温で行う。すなわち、曲げ応力の付与及び残留応力の測定を室温で行う。そのため、試験片１１、１２の応力の変化を、高温ひずみゲージ２１、２２により、高精度に安定して検出することができる。また、高温ひずみゲージ２１、２２のゼロ点がドリフトした場合でも、曲げ応力を開放する前後における高温ひずみゲージ２１、２２で検出した値の差を歪み変位量として用いることができるので、ドリフトの影響を受けずに高精度な測定を行うことができる。

また、加熱工程では、試験片１１、１２に高温ひずみゲージ２１、２２、支持部材３、拘束部材４といった簡易な部材を組み付けた状態で加熱を行う。そのため、加熱工程を複数の試験片について同時に行うことが容易となる。これにより、一度に多くの試験片について評価を行うことができ、リラクゼーション試験の効率を向上させることができる。

また、本例では、残留応力測定工程の後に、組付け工程、加熱工程、及び残留応力測定工程を１サイクルとする工程を繰り返し行い、かつ、２回目以降の組付け工程では、直前の残留応力測定工程において求めた残留応力と同じ大きさの曲げ応力を試験片１１、１２に付与させる。そのため、上記の工程を繰り返し行うことにより、連続加熱して、連続的に残留応力を測定した場合と同様の応力緩和挙動を得ることができる。

また、支持部材３と拘束部材４とは、熱膨張係数が等しい材料からなる。そのため、試験片１１、１２を加熱又は冷却することにより、試験片１１、１２の中央部１１０、１２０及び両端部１１１、１１２、１２１、１２２に組み付けられた支持部材３及び拘束部材４が熱膨張又は熱収縮しても、両者は同じように伸縮するため、試験片１１、１２の歪み変位を一定に保つことができる。

また、試験片１１（１２）の両端部１１１、１１２（１２１、１２２）にそれぞれ設けた挿通穴１１５、１１６（１２５、１２６）の間の距離は、試験片１１、１２の厚みの２０倍以上である。そのため、試験片１１、１２を充分に大きなスパンで曲げて、応力を付与させることができる。そのため、試験片１１、１２に曲げ応力を付与させた際に、試験片１１、１２の歪み変位を大きくとることができる。これにより、拘束部材４のような簡易な部材を用いて、試験片１１、１２の歪み変位を容易に調整することができると共に、所定の曲げ応力を高精度に付与させることができる。

また、変位検出手段は、高温ひずみゲージ２１、２２である。そのため、試験片１１、１２に生じる歪み変位を高精度に測定することができる。

また、試験片１１、１２は、板状であり、厚みは１〜５ｍｍの範囲内である。そのため、試験片１１、１２に曲げ応力を付与させることが容易となる。また、試験片１１、１２に曲げ応力を付与させた際に、試験片１１、１２の歪み変位を大きくとることができる。これにより、試験片１１、１２に所定の曲げ応力を高精度に付与させることができる。

また、試験片１１、１２の幅は、試験片１１、１２の厚みの５倍以上である。そのため、試験片１１、１２に曲げ応力を付与させた際に、試験片１１、１２の幅方向における応力分布を均一とすることができる。これにより、試験片１１、１２に生じる歪み変位及び曲げ応力を高精度に測定することができる。

以上により、本例のリラクゼーション試験方法によれば、材料の応力緩和を簡易な部材を用いて簡便な方法で、効率よく、高精度に測定することができる。

実施例における、試験片に高温ひずみゲージを貼付する工程を示す説明図。 実施例における、試験片の間に支持部材を挟持させる工程を示す説明図。 実施例における、試験片の両端部を拘束する工程を示す説明図。 実施例における、試験片に曲げ応力を付与させる工程を示す説明図。 実施例における、試験片から曲げ応力を開放する工程を示す説明図。 実施例における、リラクゼーション試験装置の構成を示す説明図。 実施例における、加熱時間に伴う応力緩和挙動を示す線図。

符号の説明

１ リラクゼーション試験治具
１１、１２ 試験片
１１０、１２０ 中央部
１１１、１１２、１２１、１２２ 端部
２１、２２ 変位検出手段（高温ひずみゲージ）
３ 支持部材
４ 拘束部材
５ リラクゼーション試験装置
５１ 加熱槽
５２ ひずみ測定器（静ひずみ計）

Claims (16)

1. 一対の試験片の少なくとも一方における、表面の歪み変位を測定するための変位測定部に変位検出手段を取り付ける準備工程と、
   上記変位測定部を外方に向けた状態で上記一対の試験片を対面させると共に両者の間の中央部に支持部材を挟持させた後、拘束部材により上記試験片の両端部を拘束し、かつ、該試験片に所定の曲げ応力を付与させると共に該曲げ応力によって上記試験片に生じた歪み変位を一定に保つ組付け工程と、
   上記試験片に生じた歪み変位を一定に保った状態において、該試験片を所定の時間加熱する加熱工程と、
   上記試験片を冷却後、該試験片に付与されている曲げ応力を開放し、その際に上記試験片に生じた歪み変位を上記変位検出手段により検出し、残留応力を求める残留応力測定工程とを含むことを特徴とするリラクゼーション試験方法。
2. 請求項１において、上記残留応力測定工程の後に、上記組付け工程、上記加熱工程、及び上記残留応力測定工程を１サイクルとする工程を繰り返し行い、かつ、２回目以降の上記組付け工程では、直前の上記残留応力測定工程において求めた残留応力と同じ大きさの曲げ応力を上記試験片に付与させることを特徴とするリラクゼーション試験方法。
3. 請求項１又は２において、上記支持部材と上記拘束部材とは、熱膨張係数が等しい材料からなることを特徴とするリラクゼーション試験方法。
4. 請求項１〜３のいずれか１項において、上記準備工程では、上記試験片の両端部にそれぞれボルトを挿通させる挿通穴を設けておき、
   上記組付け工程では、上記拘束部材として２組のボルト及び該ボルトに螺合するナットを用い、上記ボルトを上記試験片の両端部に設けた上記挿通穴にそれぞれ挿通させた後、上記ボルトに上記ナットを螺合して締め付けることにより上記試験片の両端部を拘束すると共に所定の曲げ応力を付与させ、上記ナットを上記ボルトの所定の位置に保持することにより上記曲げ応力によって上記試験片に生じた歪み変位を一定に保つことを特徴とするリラクゼーション試験方法。
5. 請求項４において、上記試験片の両端部にそれぞれ設けた上記挿通穴の間の距離は、上記試験片の厚みの２０倍以上であることを特徴とするリラクゼーション試験方法。
6. 請求項１〜５のいずれか１項において、上記支持部材は、その外周側面に上記試験片に当接する円弧状の当接面を有していることを特徴とするリラクゼーション試験方法。
7. 請求項１〜６のいずれか１項において、上記変位検出手段は、高温ひずみゲージであることを特徴とするリラクゼーション試験方法。
8. 請求項１〜７のいずれか１項において、上記試験片は、板状であることを特徴とするリラクゼーション試験方法。
9. 請求項８において、上記試験片の厚みは、１〜５ｍｍであることを特徴とするリラクゼーション試験方法。
10. 請求項８又は９において、上記試験片の幅は、該試験片の厚みの５倍以上であることを特徴とするリラクゼーション試験方法。
11. 請求項１又は２に記載のリラクゼーション試験方法に用いる、上記試験片に所定の曲げ応力を付与させ、該曲げ応力により上記試験片に生じた歪み変位を一定に保つためのリラクゼーション試験治具であって、
    上記一対の試験片の間に挟持させる支持部材と、
    上記試験片の両端部を拘束することができ、かつ、上記試験片に上記曲げ応力を付与させると共に該曲げ応力により上記試験片に生じた歪み変位を一定に保つことができる拘束部材と、
    上記試験片に生じた歪み変位を検出する変位検出手段とを有していることを特徴とするリラクゼーション試験治具。
12. 請求項１１において、上記支持部材と上記拘束部材とは、熱膨張係数が等しい材料からなることを特徴とするリラクゼーション試験治具。
13. 請求項１１又は１２において、上記拘束部材は、予め上記試験片の両端部にそれぞれ設けた挿通穴に挿通させる２組のボルト及び該ボルトに螺合するナットからなることを特徴とするリラクゼーション試験治具。
14. 請求項１１〜１３のいずれか１項において、上記支持部材は、その外周側面に上記試験片に当接する円弧状の当接面を有していることを特徴とするリラクゼーション試験治具。
15. 請求項１１〜１４のいずれか１項において、上記変位検出手段は、高温ひずみゲージであることを特徴とするリラクゼーション試験治具。
16. 請求項１１〜１５のいずれか１項に記載のリラクゼーション試験治具と、上記試験片を加熱する加熱槽と、上記変位検出手段に接続され、上記試験片に生じた歪み変位を測定するひずみ測定器とを有していることを特徴とするリラクゼーション試験装置。

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