JP2015145866A - Corrosion fatigue composite test apparatus and corrosion fatigue composite test method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、腐食疲労複合試験装置およびこれを用いた腐食疲労複合試験方法に関する。 The present invention relates to a corrosion fatigue combined test apparatus and a corrosion fatigue combined test method using the same.
従来、金属材料は、荷重を繰り返し負荷することによって、疲労破壊することが知られている。また、金属材料の疲労特性は、金属材料が曝露される環境の影響を受けることが知られている。このため、金属材料の疲労試験を、金属材料の曝露される腐食環境を模擬した環境下で行う場合がある。 Conventionally, it is known that a metal material undergoes fatigue failure by repeatedly applying a load. Further, it is known that the fatigue characteristics of a metal material are affected by the environment to which the metal material is exposed. For this reason, a fatigue test of a metal material may be performed in an environment that simulates a corrosive environment to which the metal material is exposed.
金属材料の疲労試験において、腐食環境を模擬する方法としては、試験片を腐食液中に浸漬する方法や、腐食液を噴霧したり滴下したりして試験片に塗布する方法、試験片を設置するチャンバー内の雰囲気を腐食雰囲気とする方法などがある。
また、疲労試験において試験片に応力を負荷する方法としては、試験片の一端又は両端に荷重を負荷しながら、曲げモーメントを作用させた試験片を回転させる方法などがある。
In the fatigue test of metal materials, methods for simulating the corrosive environment include the method of immersing a test piece in a corrosive liquid, the method of spraying or dripping the corrosive liquid on the test piece, and installing the test piece There is a method of making the atmosphere in the chamber to be a corrosive atmosphere.
Further, as a method of applying stress to the test piece in the fatigue test, there is a method of rotating the test piece on which a bending moment is applied while applying a load to one or both ends of the test piece.
近年、繰り返し試験の回数の多い領域(高サイクル領域)での試験片の疲労挙動を評価する要求が高まってきている。高サイクル領域での疲労挙動を評価する場合、試験片を回転させることにより、表面に高速で圧縮と引張の荷重を繰り返し負荷する回転曲げ疲労試験を行うことが好ましい。
試験片の回転曲げ疲労試験を、腐食環境を模擬した環境下で行う方法としては、例えば、特許文献1〜4に記載の技術がある。
In recent years, there has been an increasing demand for evaluating the fatigue behavior of a test piece in a region where the number of repeated tests is high (high cycle region). When evaluating fatigue behavior in a high cycle region, it is preferable to perform a rotating bending fatigue test in which compression and tensile loads are repeatedly applied to the surface at high speed by rotating the test piece.
As a method for performing the rotational bending fatigue test of a test piece in an environment simulating a corrosive environment, for example, there are techniques described in Patent Documents 1 to 4.
特許文献1には、試験片を収納するチャンバ内にガスを供給する手段と、チャンバ内に蒸気を供給する手段と、試験片に荷重を負荷する手段とを備えた腐食疲労試験装置が記載されている。
特許文献2には、試験片を腐食液槽に挿通する回転曲げ腐食疲労試験装置が記載されている。
Patent Document 1 describes a corrosion fatigue test apparatus including means for supplying a gas into a chamber for storing a test piece, means for supplying steam into the chamber, and means for applying a load to the test piece. ing.
Patent Document 2 describes a rotating bending corrosion fatigue test apparatus in which a test piece is inserted into a corrosive bath.
特許文献3には、試験片の一端を装着する装着部、試験片を回転させる駆動部、試験片に腐食液を滴下する腐食液滴下部、試験片の他端に荷重を付加する荷重付加部を具備する腐食疲労試験装置が記載されている。
特許文献4には、試験片の一端を軸回転自在に固定支持する装着部材と、試験片の他端を鉛直下方に引っ張る荷重付加部材と、試験片に液体を滴下し得る位置に液体流入口を設けた容器とを備えた疲労試験装置が記載されている。特許文献4に記載の疲労試験装置では、腐食液が装置部品または外部に飛散しないように、腐食環境槽を配設している。
In
従来、自動車用サスペンションなどの腐食環境下で用いられる鉄鋼部材では、腐食によって表面に発生する腐食ピットが、部材の疲労挙動に影響を及ぼすことが知見されている。表面に腐食ピットが存在する部材では、腐食ピットが応力集中源になることと、応力の負荷の繰り返しによって疲労き裂が発生することとが、複合して生じる複雑な現象により疲労破壊する。 Conventionally, it has been found that in steel members used in corrosive environments such as automobile suspensions, corrosion pits generated on the surface due to corrosion affect the fatigue behavior of the members. In a member having corrosion pits on the surface, the corrosion pits become a stress concentration source, and fatigue cracks are generated by repeated stress loading, resulting in a fatigue failure due to a complex phenomenon.
このような複雑な現象により疲労破壊する材料を、高精度で評価するためには、腐食の進行と疲労き裂の進展とをそれぞれ個別に把握する必要がある。このため、従来、腐食環境下で用いられる材料の腐食疲労特性を評価する場合には、必要に応じて、以下に示す方法により評価していた。
まず、実際の腐食発生の環境条件に応じて、複合サイクル腐食試験(Cyclic Corrosion Test、CCTともいう。)の条件を設定する。また、実際の応力負荷条件に応じて、回転曲げ疲労試験の条件を設定する。その後、試験片に対して、CCTと回転曲げ疲労試験とを、別々の試験装置を用いて交互に複数回繰り返し行う。
In order to evaluate a material that undergoes fatigue failure due to such a complicated phenomenon with high accuracy, it is necessary to individually grasp the progress of corrosion and the progress of fatigue cracks. For this reason, conventionally, when evaluating the corrosion fatigue characteristics of a material used in a corrosive environment, the evaluation has been made by the following method as necessary.
First, conditions for a combined cycle corrosion test (also referred to as cyclic corrosion test, CCT) are set according to the actual environmental conditions of corrosion occurrence. Moreover, the conditions of the rotating bending fatigue test are set according to the actual stress load conditions. Thereafter, the CCT and the rotating bending fatigue test are alternately and repeatedly performed on the test piece a plurality of times using different test apparatuses.
しかし、CCTと回転曲げ疲労試験とを、別々の試験装置を用いて交互に繰り返し行う場合、非常に手間がかかる。このため、効率よく腐食特性および疲労特性を評価できるようにすることが要求されていた。
この要求に対応するために、一つの装置で連続してCCTと回転曲げ疲労試験とを行うことが考えられる。しかし、腐食環境を模擬した環境下で、回転曲げ疲労試験を行うことのできる従来の疲労試験装置では、試験中に、腐食の発生する環境条件および応力負荷条件を変化させることは困難であり、連続してCCTと回転曲げ疲労試験とを行うことはできなかった。このため、従来の回転曲げ疲労試験装置では、腐食環境下で用いられる材料の腐食特性および疲労特性を高精度で評価できなかった。
However, when the CCT and the rotating bending fatigue test are repeated alternately using different test apparatuses, it is very troublesome. For this reason, it has been required to be able to efficiently evaluate corrosion characteristics and fatigue characteristics.
In order to meet this requirement, it is conceivable to continuously perform CCT and rotational bending fatigue tests with one apparatus. However, with the conventional fatigue test equipment that can perform the rotating bending fatigue test in an environment simulating a corrosive environment, it is difficult to change the environmental conditions and stress load conditions in which corrosion occurs during the test, The CCT and the rotating bending fatigue test could not be performed continuously. For this reason, the conventional rotating bending fatigue test apparatus cannot accurately evaluate the corrosion characteristics and fatigue characteristics of materials used in a corrosive environment.
また、従来の回転曲げ疲労試験装置を用いて、高強度の鋼材の回転曲げ疲労試験を行った場合、評価のばらつきが大きいという問題があった。この問題は、特に、引張強度1000MPa以上の高強度鋼の回転曲げ疲労試験を行った場合に顕著であった。
すなわち、高強度の鋼材では、回転曲げ疲労試験を行うことにより試験片に負荷される応力が高く、試験片の歪みが大きくなる。このため、試験中に試験片が発熱して軟化し、疲労寿命が本来の性能よりも短くなってしまう場合がある。その結果、疲労特性の評価のばらつきが大きくなってしまう。
Further, when a rotary bending fatigue test of a high-strength steel material is performed using a conventional rotary bending fatigue test apparatus, there is a problem that the variation in evaluation is large. This problem was particularly noticeable when a rotating bending fatigue test was performed on high strength steel having a tensile strength of 1000 MPa or more.
That is, in a high-strength steel material, the stress applied to the test piece is high by performing the rotary bending fatigue test, and the strain of the test piece increases. For this reason, the test piece generates heat during the test and softens, and the fatigue life may be shorter than the original performance. As a result, the variation in evaluation of fatigue characteristics becomes large.
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、必要に応じて試験中に、環境条件や応力負荷条件を変化させることが可能であり、高精度で効率よく腐食特性および疲労特性を評価できる腐食疲労複合試験装置およびこれを用いた腐食疲労複合試験方法を提供することを課題とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and it is possible to change the environmental conditions and stress load conditions during the test as necessary, and the corrosion characteristics and fatigue characteristics with high accuracy and efficiency. It is an object of the present invention to provide a corrosion fatigue composite test apparatus capable of evaluating the above and a corrosion fatigue composite test method using the same.
本発明の要旨は以下のとおりである。
[1] 棒状の試験片の一端を軸回転自在に支持するとともに、前記試験片を変速可能に回転させる回転制御手段と、前記試験片の他端への荷重の負荷および除荷を行う荷重制御手段と、前記試験片への腐食液の滴下および停止を行う腐食液制御手段と、前記試験片を曝露する試験雰囲気を制御する雰囲気制御手段と、前記試験片を冷却する冷却手段と、前記回転制御手段と前記荷重制御手段と前記腐食液制御手段と前記雰囲気制御手段と前記冷却手段とを個別に制御する制御手段とを備えることを特徴とする腐食疲労複合試験装置。
[2] 前記制御手段は、前記回転制御手段と前記荷重制御手段と前記腐食液制御手段と前記雰囲気制御手段とを制御して、装置の動作を切り替えるモード選択手段を有し、前記動作が、荷重を除荷した前記試験片に前記腐食液を滴下しながら前記試験片を回転させる腐食液滴下モードと、前記腐食液滴下モードを行った後に連続して行われ、前記試験片の表面を乾燥させる腐食液乾燥モードと、前記試験片に荷重を負荷しながら前記試験片を回転させる疲労モードとを含むことを特徴とする[1]に記載の腐食疲労複合試験装置。
[3] 前記冷却手段が、前記モード選択手段によって制御されるものであり、前記疲労モードにおいて前記試験片を冷却することを特徴とする[2]に記載の腐食疲労複合試験装置。
[4] 前記回転制御手段は、前記腐食液滴下モードでは、前記試験片を回転速度5〜500rpm未満の低速回転で回転させ、前記疲労モードでは、前記試験片を回転速度500〜10000rpmの高速回転で回転させるものであることを特徴とする[2]または[3]に記載の腐食疲労複合試験装置。
[5] 前記荷重制御手段は、前記試験片の他端を、軸回転自在に鉛直下方に荷重により引っ張る荷重負荷手段と、前記試験片に負荷される荷重を除荷する荷重除荷手段とを備えることを特徴とする[1]〜[4]の何れかに記載の腐食疲労複合試験装置。
[6] 前記雰囲気制御手段は、前記試験片の前記試験雰囲気に曝露される部分を覆うチャンバーと、前記試験雰囲気の温度および湿度を制御する温湿度制御手段と、前記チャンバーに雰囲気ガスを供給するガス供給手段と、を備えることを特徴とする[1]〜[5]の何れかに記載の腐食疲労複合試験装置。
The gist of the present invention is as follows.
[1] One end of a rod-shaped test piece is supported so as to be axially rotatable, a rotation control means for rotating the test piece in a variable speed manner, and load control for loading and unloading the load to the other end of the test piece. Means, dripping and stopping the corrosive liquid on the test piece, atmosphere control means for controlling the test atmosphere exposing the test piece, cooling means for cooling the test piece, and the rotation A corrosion fatigue combined test apparatus comprising: control means; load control means; corrosive liquid control means; atmosphere control means; and control means for individually controlling the cooling means.
[2] The control means includes mode selection means for controlling the rotation control means, the load control means, the corrosive liquid control means, and the atmosphere control means to switch the operation of the apparatus. The corrosion droplet lowering mode in which the test piece is rotated while dripping the corrosive liquid onto the test piece from which the load has been removed, and the corrosion droplet lowering mode are continuously performed, and the surface of the test piece is dried. The corrosion-fatigue combined test apparatus according to [1], further including: a corrosive liquid drying mode to be performed; and a fatigue mode in which the test piece is rotated while a load is applied to the test piece.
[3] The combined corrosion fatigue testing apparatus according to [2], wherein the cooling means is controlled by the mode selection means, and the test piece is cooled in the fatigue mode.
[4] The rotation control means rotates the test piece at a low speed of less than 5 to 500 rpm in the corrosion droplet lowering mode, and rotates the test piece at a high speed of 500 to 10,000 rpm in the fatigue mode. The combined corrosion fatigue test apparatus according to [2] or [3], wherein
[5] The load control means includes: a load loading means for pulling the other end of the test piece in a vertically downward direction so as to freely rotate the shaft; and a load unloading means for unloading the load applied to the test piece. The corrosion fatigue combined testing apparatus according to any one of [1] to [4], comprising:
[6] The atmosphere control means supplies a chamber to a portion of the test piece that is exposed to the test atmosphere, a temperature / humidity control means for controlling the temperature and humidity of the test atmosphere, and an atmosphere gas to the chamber. A corrosion fatigue combined testing apparatus according to any one of [1] to [5], comprising a gas supply means.
[7] [1]〜[6]の何れかに記載の腐食疲労複合試験装置を用いて、前記試験片の腐食を加速させる工程と、前記試験片の疲労を加速させる工程とを行うことを特徴とする腐食疲労複合試験方法。
[8] 前記試験片が、引張強度1000MPa以上の高強度鋼であることを特徴とする[7]に記載の腐食疲労複合試験方法。
[9] 前記疲労を加速させる工程が、前記試験片を冷却し、前記試験片の他端に荷重を負荷しながら、前記試験片を回転させる工程を含むことを特徴とする[7]または[8]に記載の腐食疲労複合試験方法。
[10] 前記疲労を加速させる工程が、前記試験片に前記腐食液を滴下しながら、および/または相対湿度30〜100%の試験雰囲気中で、前記試験片の他端に荷重を負荷しながら前記試験片を回転させる工程を含むことを特徴とする[7]または[8]に記載の腐食疲労複合試験方法。
[7] Using the combined corrosion fatigue test apparatus according to any one of [1] to [6], performing a step of accelerating the corrosion of the test piece and a step of accelerating the fatigue of the test piece. Characteristic corrosion fatigue combined test method.
[8] The combined corrosion fatigue test method according to [7], wherein the test piece is a high-strength steel having a tensile strength of 1000 MPa or more.
[9] The step of accelerating the fatigue includes a step of cooling the test piece and rotating the test piece while applying a load to the other end of the test piece. 8] The corrosion fatigue combined test method according to [8].
[10] In the step of accelerating the fatigue, the corrosion solution is dropped on the test piece and / or a load is applied to the other end of the test piece in a test atmosphere having a relative humidity of 30 to 100%. The corrosion fatigue combined test method according to [7] or [8], including a step of rotating the test piece.
[11] 前記腐食を加速させる工程が、荷重を除荷した前記試験片に前記腐食液を滴下しながら前記試験片を回転速度5〜500rpm未満の低速回転で回転させ、前記試験片の表面に形成される腐食液膜の平均膜厚を20μm〜2mmとし、かつ前記試験片の周方向における前記腐食液膜の膜厚のばらつきを平均膜厚の5%以下とする工程を含むことを特徴とする[7]〜[10]の何れかに記載の腐食疲労複合試験方法。
[12] 前記腐食を加速させる工程が、荷重を除荷した前記試験片に前記腐食液を滴下しながら前記試験片を回転させる腐食液塗布処理と、前記腐食液塗布処理の後に連続して行われる試験片の表面を乾燥させる乾燥処理と、乾燥処理の後に連続して行われる試験片の表面を湿潤状態とする湿潤処理との組み合わせを、1回または複数回行なう工程を含み、前記腐食液塗布処理において前記試験片の表面に形成される腐食液膜を、前記乾燥処理により200μm/s以下の減少速度で乾燥させることを特徴とする[7]〜[11]の何れかに記載の腐食疲労複合試験方法。
[11] In the step of accelerating the corrosion, the test piece is rotated at a low rotational speed of less than 5 to 500 rpm while dropping the corrosive liquid onto the test piece from which the load has been removed, and the surface of the test piece is rotated. The method includes a step of setting an average film thickness of the formed corrosion liquid film to 20 μm to 2 mm, and setting a variation in the film thickness of the corrosion liquid film in the circumferential direction of the test piece to 5% or less of the average film thickness. The corrosion fatigue combined test method according to any one of [7] to [10].
[12] The step of accelerating the corrosion is performed continuously after the corrosive liquid coating process in which the test piece is rotated while dripping the corrosive liquid onto the test piece from which the load has been removed, and the corrosive liquid coating process. A combination of a drying treatment for drying the surface of the test piece and a wetting treatment for making the surface of the test piece wet after the drying treatment one or more times, the corrosive liquid The corrosion solution according to any one of [7] to [11], wherein a corrosion liquid film formed on the surface of the test piece in the coating treatment is dried at a reduction rate of 200 μm / s or less by the drying treatment. Fatigue composite test method.
本発明の腐食疲労複合試験装置は、回転制御手段と荷重制御手段と腐食液制御手段と雰囲気制御手段と冷却手段と、これらを個別に制御する制御手段とを備えているので、制御手段により、必要に応じて試験中に環境条件や応力負荷条件を変化させることが可能である。したがって、一つの装置で連続して、試験片の腐食を加速させる工程と試験片の疲労を加速させる工程とを行うことができ、例えば、CCTと回転曲げ疲労試験とを別個の装置を用いて行う場合と比較して、効率よく腐食疲労特性を評価できる。 Since the corrosion fatigue combined test apparatus of the present invention includes a rotation control means, a load control means, a corrosive liquid control means, an atmosphere control means, a cooling means, and a control means for individually controlling these, the control means It is possible to change the environmental conditions and stress loading conditions during the test as required. Therefore, the process of accelerating the corrosion of the test piece and the process of accelerating the fatigue of the test piece can be performed continuously with one apparatus. For example, the CCT and the rotating bending fatigue test are performed using separate apparatuses. Compared with the case where it carries out, a corrosion fatigue characteristic can be evaluated efficiently.
また、本発明の腐食疲労複合試験装置を用いて、試験片の腐食を加速させる工程と試験片の疲労を加速させる工程とを行う場合、一定の腐食環境を模擬した環境下で腐食疲労試験を行う場合と比較して、実際の環境条件や応力負荷条件に対応する条件で試験片の腐食疲労特性を高精度で評価できる。したがって、本発明の腐食疲労複合試験装置は、例えば、自動車用懸架ばね等の腐食環境下で用いられる材料の腐食疲労特性を評価する際に好適に使用できる。 Moreover, when performing the process of accelerating the corrosion of the test piece and the process of accelerating the fatigue of the test piece using the combined corrosion fatigue test apparatus of the present invention, the corrosion fatigue test is performed in an environment simulating a certain corrosive environment. Compared with the case of performing, the corrosion fatigue characteristics of the test piece can be evaluated with higher accuracy under conditions corresponding to actual environmental conditions and stress load conditions. Therefore, the corrosion fatigue combined test apparatus of the present invention can be suitably used when evaluating the corrosion fatigue characteristics of materials used in a corrosive environment such as a suspension spring for automobiles.
また、本発明の腐食疲労複合試験装置は、冷却手段を備えているので、試験中の必要に応じて試験片を冷却でき、試験片の発熱を抑制できる。例えば、高強度の鋼材の試験を行う場合に、試験片が試験中に発熱して軟化することを防止でき、評価のばらつきを小さくできる。したがって、本発明の腐食疲労複合試験装置は、例えば、引張強度が1800MPa程度である自動車用懸架ばねや、引張強度が1200MPa程度である高強度ボルトなどに用いる高強度の鋼材の腐食疲労特性を評価する際に好適に使用できる。 Moreover, since the corrosion fatigue combined testing apparatus of the present invention includes the cooling means, the test piece can be cooled as necessary during the test, and the heat generation of the test piece can be suppressed. For example, when testing a high-strength steel material, it is possible to prevent the test piece from being heated and softened during the test, and to reduce variation in evaluation. Therefore, the corrosion fatigue combined test apparatus of the present invention evaluates the corrosion fatigue characteristics of high strength steel materials used for, for example, automobile suspension springs having a tensile strength of about 1800 MPa and high strength bolts having a tensile strength of about 1200 MPa. It can be suitably used for
以下、本発明の腐食疲労複合試験装置および腐食疲労複合試験方法について図面を参照して詳細に説明する。なお、以下に示す各図は、本発明を説明するための模式図であり、各図に記載した形状や寸法比などは実際とは異なる場合があり、以下の説明と公知の技術を参酌して適宜設計変更できる。 Hereinafter, a corrosion fatigue combined test apparatus and a corrosion fatigue combined test method of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Each figure shown below is a schematic diagram for explaining the present invention, and the shape, dimensional ratio, etc. described in each figure may be different from the actual ones, and the following explanation and known techniques are taken into consideration. The design can be changed as appropriate.
「腐食疲労複合試験装置」
図1は、本発明の腐食疲労複合試験装置の一例を説明するための概略斜視図である。図1に示す腐食疲労複合試験装置10は、略直方体の本体10aと、本体10a上に設置された回転制御手段20と、回転制御手段20を挟むように回転制御手段20の両側に配置された雰囲気制御手段50とを備えている。雰囲気制御手段50は、後述するように、チャンバー51と、温湿度制御手段(不図示)と、温湿度制御手段に接続されたガス供給手段52とを備える。図1に示すように、雰囲気制御手段50には、荷重制御手段30と、腐食液制御手段40と、冷却手段60が取り付けられている。
なお、図1においては、腐食疲労複合試験装置10の全体構成を説明しやすくするため、腐食液制御手段40および冷却手段60については、雰囲気制御手段50との接続部分のみ示している。
"Corrosion fatigue combined testing equipment"
FIG. 1 is a schematic perspective view for explaining an example of the corrosion fatigue combined test apparatus of the present invention. 1 is disposed on both sides of the rotation control means 20 so as to sandwich the rotation control means 20 between the
In FIG. 1, only the portion connected to the atmosphere control means 50 is shown for the corrosive liquid control means 40 and the cooling means 60 in order to facilitate the explanation of the overall configuration of the corrosion fatigue combined
また、図1に示す腐食疲労複合試験装置10には、回転制御手段20と荷重制御手段30と腐食液制御手段40と雰囲気制御手段50と冷却手段60のそれぞれを個別に制御する制御手段(不図示)が設けられている。回転制御手段20と荷重制御手段30と腐食液制御手段40と雰囲気制御手段50と冷却手段60のそれぞれと、制御手段とは、図示しない配線などによって個別に接続されている。制御手段は、回転制御手段20と荷重制御手段30と腐食液制御手段40と雰囲気制御手段50と冷却手段60を制御して、腐食疲労複合試験装置10の動作を切り替えるモード選択手段(不図示)を有している。モード選択手段は、これらを個別に制御して、後述するように、装置の動作を切り替えるものである。
Further, the corrosion fatigue combined
図1に示す腐食疲労複合試験装置10は、4本の棒状の試験片を同時に試験できるものである。図1には、長手方向に垂直な断面が円形であって長手方向の外径が一定である4本の丸棒状の試験片(図1においては、4本のうち2本の試験片A1、A2の荷重制御手段30に取り付けられた端部のみ図示。)が、腐食疲労複合試験装置10に取り付けられている状態を示している。腐食疲労複合試験装置10に取り付けられた4本の試験片は、全て図1に示すY軸方向に延在している。
The corrosion fatigue combined
本実施形態においては、腐食疲労複合試験装置を用いて、断面視円形で長手方向の外径が一定である丸棒状の試験片の試験を行う方法を例に挙げて説明するが、試験片の形状は棒状であればよく、本実施形態の試験片の形状に限定されない。例えば、断面視円形で長手方向中央部に両端部よりも外径の小さいくびれた部分を有する砂時計型であってもよいし、断面視円形であって中央部に、両端部よりも小さい一定の外径で長さ方向に延在する平行部を有する形状であってもよい。また、長手方向に垂直な断面の形状は、円形でなくてもよく、例えば、長手方向全体または一部の長手方向に垂直な断面形状が、矩形、六角形などの多角形であってもよい。具体的には、長手方向に垂直な断面の形状は、例えば、中央部が円形で、両端部が多角形であってもよい。 In the present embodiment, a method for testing a round bar-shaped test piece having a circular cross-sectional view and a constant outer diameter in the longitudinal direction using a corrosion fatigue combined test apparatus will be described as an example. The shape may be a rod shape and is not limited to the shape of the test piece of the present embodiment. For example, it may be an hourglass shape having a circular shape in cross section and a constricted portion having a smaller outer diameter than both end portions in the central portion in the longitudinal direction, or a constant shape having a circular shape in cross section and smaller than both end portions. The shape may have a parallel portion extending in the length direction with an outer diameter. The shape of the cross section perpendicular to the longitudinal direction may not be circular. For example, the cross sectional shape perpendicular to the entire longitudinal direction or a part of the longitudinal direction may be a polygon such as a rectangle or a hexagon. . Specifically, the shape of the cross section perpendicular to the longitudinal direction may be, for example, a circle at the center and a polygon at both ends.
4本の試験片の一端は、全て回転制御手段20に軸回転自在に支持されている。4本の試験片のうち2本(図1に示す試験片A1および試験片A2)は、回転制御手段20の一方の側面側から、Y軸方向に沿って雰囲気制御手段50を貫通して延在している。また、4本の試験片のうち残りの2本は、回転制御手段20の他方の側面側から、試験片A1および試験片A2とは反対側に、Y軸方向に沿って雰囲気制御手段50を貫通して延在している。図1に示す腐食疲労複合試験装置10においては、4本の試験片は、回転制御手段20を中心として2本ずつ対称に配置されている。各試験片の他端(図1では、試験片A1および試験片A2のみ図示。)には、それぞれ荷重制御手段30のアダプター3(荷重負荷手段)が取り付けられている。
One end of each of the four test pieces is supported by the rotation control means 20 so that the shaft can rotate freely. Two of the four test pieces (test piece A1 and test piece A2 shown in FIG. 1) extend from one side of the rotation control means 20 through the atmosphere control means 50 along the Y-axis direction. Exist. The remaining two of the four test pieces have the atmosphere control means 50 along the Y-axis direction from the other side surface of the rotation control means 20 to the side opposite to the test pieces A1 and A2. It extends through. In the corrosion fatigue combined
図2は、図1に示す腐食疲労複合試験装置の一部を説明するための説明図であり、試験片の取り付けられていない回転制御手段20のケース20a内を示した説明図である。
回転制御手段20は、棒状の試験片の一端を軸回転自在に支持するとともに、試験片を変速可能に回転させるものである。図1に示す回転制御手段20のケース20a内には、図2に示すように、2つの回転駆動部22と、各回転駆動部22の回転軸方向(Y軸方向)の両端部にそれぞれ設けられた把持部21と、把持部21に取り付けられる4つのコレットチャック2a(図2においては1つのみ図示)とを備えている。
FIG. 2 is an explanatory diagram for explaining a part of the corrosion fatigue combined test apparatus shown in FIG. 1, and is an explanatory diagram showing the inside of the
The rotation control means 20 supports one end of a rod-shaped test piece so that the shaft can rotate freely, and rotates the test piece so as to be capable of shifting. In the
各回転駆動部22は、制御手段によって制御することにより、それぞれY方向を軸として所定の速さで回転するものである。図1に示す腐食疲労複合試験装置10では、各回転駆動部22が所定の速さで回転することに連動して、各回転駆動部22の両端部にそれぞれ支持された試験片が、Y方向を軸として所定の速さで回転するようになっている。
Each
また、2つの回転駆動部22は、回転駆動部22の下方に設置された電動機軸(図示しない)によって駆動されるようになっている。2つの回転駆動部22を駆動する電動機軸を共通にすることにより、4本の試験片を同じ回転速度で回転させることができる。また、2つの回転駆動部22を駆動する電動機軸をそれぞれ別々にし、各回転駆動部22の回転速度をそれぞれ異ならせることにより、4本の試験片を2本ずつ異なる回転速度で回転させるようにしてもよい。
The two
回転制御手段20は、回転駆動部22を回転させることにより、例えば回転速度5〜500rpm未満の低速回転、または回転速度500〜10000rpmの高速回転で試験片を回転させることができる。
The
各回転駆動部22の両端部には、コレットチャック2aを把持する把持部21がそれぞれ設けられている。コレットチャック2aは、中心に試験片の一端を挿入する穴2bを有する筒状のものである。コレットチャック2aは、穴2bの側面から放射状に形成されている切り込みの間隔を増減させることで、試験片の挿入される穴2bの内径が変化するようになっている。コレットチャック2aを用いて、試験片を回転駆動部22の把持部21に取り付けることで、回転中の試験片の振動を抑制でき、評価のばらつきを小さくできるとともに、試験片を容易かつ確実に回転駆動部22に着脱できる。
At both ends of each
図3は、図1に示す腐食疲労複合試験装置の一部を説明するための説明図であり、試験片の取り付けられていない荷重制御手段30の各部材を別々に示した説明図である。荷重制御手段30は、試験片の他端への荷重の負荷および除荷を行うものである。図1および図3に示すように、荷重制御手段30は、アダプター3(荷重負荷手段)と、おもり台座4と、アダプター受け台5と、シリンダー6(荷重除荷手段)とを有している。
FIG. 3 is an explanatory view for explaining a part of the corrosion fatigue combined test apparatus shown in FIG. 1, and is an explanatory view separately showing each member of the load control means 30 to which no test piece is attached. The load control means 30 performs loading and unloading of the load to the other end of the test piece. As shown in FIGS. 1 and 3, the load control means 30 includes an adapter 3 (load load means), a
アダプター3(荷重負荷手段)は、試験片の他端を、軸回転自在に鉛直下方に、荷重によって引っ張るものである。図3に示すように、アダプター3は、試験片の他端に取り付けられる試験片取り付け部3aと、おもり台座4が取り付けられる台座取り付け部3bと、試験片取り付け部3aと台座取り付け部3bとを接続する蝶番3cとを有している。
試験片取り付け部3aは、矩形板状のものであり、中心にベアリング3dが配置されている。ベアリング3dの内側には、試験片の他端が取り付けられる孔が設けられている。ベアリング3dは、試験片の回転軸方向(図1におけるY方向)の位置が不動であり、試験片の回転方向には自在に動作するものである。
The adapter 3 (load loading means) is for pulling the other end of the test piece vertically downward so that the shaft can rotate. As shown in FIG. 3, the
The test
図3に示すように、台座取り付け部3bの上部3fは、略U字型の形状を有するものであり、試験片取り付け部3aの両側面と下面とを囲むように形成されている。また、台座取り付け部3bの下部3gは、上部3fと幅方向中心の位置が揃えられているものであり、上部3fよりも幅の狭い板状のものである。台座取り付け部3bの下部3gの幅方向中心部には、おもり台座4を取り付けるための穴部3eが形成されている。
蝶番3cは、アダプター3の両側面にそれぞれ設けられている。蝶番3cは、試験片取り付け部3aの側面と、試験片取り付け部3aの側面に対向する台座取り付け部3bの壁面とを接続するものである。蝶番3cは、試験片取り付け部3aに対して、図1におけるX方向を軸として、回転自在に台座取り付け部3bを支持するものである。
As shown in FIG. 3, the
The hinges 3c are provided on both side surfaces of the
図1に示す腐食疲労複合試験装置10では、試験片の取り付けられたアダプター3の試験片取り付け部3aに、蝶番3cによって台座取り付け部3bが接続されている。そして、台座取り付け部3bには、おもり台座4が取り付けられている。したがって、図1に示す腐食疲労複合試験装置10では、おもり台座4に所定のおもりを載せて、おもり台座4およびアダプター3を介して、試験片に鉛直下向きの曲げ荷重を付加することができる。よって、図1に示す腐食疲労複合試験装置10では、試験片に鉛直下向きの曲げ荷重を付加しながら、回転制御手段20により試験片を回転させて、試験片の表面の回転軸方向に1回転ごとに圧縮と引張の荷重を繰り返し負荷できる。なお、図1に示す腐食疲労複合試験装置10では、アダプター3がベアリング3dおよび蝶番3cを有しているため、試験片の回転や曲げ荷重によるたわみに影響されることなく、試験片の他端に常に鉛直下向きの荷重を負荷できる。
In the corrosion fatigue combined
図3に示すように、おもり台座4は、アダプター3の台座取り付け部3bの穴部3eに取り付けられるフック4aと、おもりを載せる台座4cと、フック4aと台座4cとを繋ぐ軸部材4bとを有している。台座4cは、平面視略円形状であり、軸部材4bは、台座4cの略中心に、台座4cに対して略垂直に接続されている。
図3に示すおもり台座4は、フック4aをアダプター3の穴部3eにかけることによって、アダプター3に取り付けられるものである。このため、おもり台座4によって、容易にアダプター3に鉛直下向きの荷重を負荷できる。
As shown in FIG. 3, the
The
図1および図3に示すように、おもり台座4の下面には、シリンダー6(荷重除荷手段)が配置されている。シリンダー6は、制御手段によって制御することにより、上下に伸縮可能なものである。
シリンダー6を上方向に伸ばして、シリンダー6の上面6aを台座4の下面に接触させると、アダプター3に負荷されていたおもり台座4とおもり台座4に載せられたおもりの荷重が、シリンダー6に移動する。このことにより、アダプター3から試験片に負荷される荷重が除荷される。
As shown in FIGS. 1 and 3, a cylinder 6 (load unloading means) is disposed on the lower surface of the
When the
また、シリンダー6を下方向に縮めて、シリンダー6の上面6aと台座4の下面とを離間させると、シリンダー6に負荷されていたおもり台座4とおもり台座4に載せられたおもりの荷重が、アダプター3に移動する。このことにより、アダプター3から試験片に荷重が負荷される。
したがって、シリンダー6を制御手段によって制御して、シリンダー6を上下に伸縮させて上面6aの位置を変化させることで、試験片の他端への荷重の負荷と、試験片の他端への荷重の除荷とを切替できる。
Further, when the
Therefore, by controlling the
図1および図3に示すように、アダプター受け台5は、板状部材である。図3に示すアダプター受け台5は、図1に示す腐食疲労複合試験装置10の本体10a上に固定されている取り付け部5cと、腐食疲労複合試験装置10の本体10a上の縁部から張り出した状態で支持されている張り出し部5aとを有している。張り出し部5aの中心部には、アダプター受け台5を貫通する孔5bが設けられている。孔5bの平面形状は、図3に示すように、アダプター3の台座取り付け部3bの下部3gの断面形状よりも大きく、上部3fの断面形状よりも小さい形状となっている。
As shown in FIGS. 1 and 3, the
図1および図3に示すように、アダプター受け台5は、略水平に腐食疲労複合試験装置10の本体10a上に、ボルトやナットなどを用いて固定されている。アダプター受け台5の孔5bには、アダプター3の台座取り付け部3bの下部3gが挿入されている。なお、本実施形態では、疲労試験を開始してから試験片が破断するまでの間は、アダプター受け台5とアダプター3とが非接触になるように、アダプター受け台5とアダプター3との配置を調整している。したがって、試験中にアダプター受け台5とアダプター3とが接触して、アダプター3に負荷される荷重の一部が、アダプター受け台5に負荷されることはなく、高精度で試験を行うことができる。
As shown in FIGS. 1 and 3, the
アダプター受け台5は、腐食疲労複合試験装置10を用いて疲労試験を行って、試験片が破断した際に、アダプター3を受け止め、破断した試験片を支持するものである。アダプター受け台5が設けられていることにより、破断した試験片および試験片に取り付けられたアダプター3が腐食疲労複合試験装置10から落下することを防止でき、試験片の破断面が傷つくことを防止できる。したがって、試験片の破面観察により、破面の形態や破壊の起点などを高精度で評価できる。
The
アダプター受け台5は、アダプター3との接触を防止するために、アダプター受け台5の上面とアダプター3の台座取り付け部3bの上部3fとの間隔を、5mm以上離間させて配置されていることが好ましい。また、アダプター受け台5の上面とアダプター3の台座取り付け部3bの上部3fとの間隔は、試験片が破断した際にアダプター3を確実に受け止められるように、200mm以下であることが好ましい。
In order to prevent the
図4は、図1に示す腐食疲労複合試験装置の一部を説明するための説明図であり、試験片の取り付けられていない雰囲気制御手段50を示した説明図である。なお、図4においては、図面を見やすくするため、腐食液制御手段40および冷却手段60については、雰囲気制御手段50との接続部分のみ示している。冷却手段60の接続部分以外の部分については、図5(a)および図5(b)を用いて説明する。また、腐食液制御手段40の接続部分以外の部分については、図5(b)を用いて説明する。 FIG. 4 is an explanatory view for explaining a part of the corrosion fatigue combined test apparatus shown in FIG. 1, and is an explanatory view showing an atmosphere control means 50 to which no test piece is attached. In FIG. 4, only the connection portion with the atmosphere control means 50 is shown for the corrosive liquid control means 40 and the cooling means 60 in order to make the drawing easy to see. Parts other than the connection part of the cooling means 60 will be described with reference to FIGS. 5 (a) and 5 (b). Moreover, parts other than the connection part of the corrosive liquid control means 40 will be described with reference to FIG.
図5(a)は、図4に示す雰囲気制御手段50のうちの一方と、それに接続とされた冷却手段60を上方から見た概略模式図である。図5(b)は、図4に示す雰囲気制御手段50のうちの一方と、それに接続とされた腐食液制御手段40および冷却手段60を側面から見た概略模式図である。図5(a)および図5(b)において、符号A1、A2は試験片を示しており、図5(a)および図5(b)には、試験片A1、A2が設置されている雰囲気制御手段50を示している。 FIG. 5A is a schematic diagram of one of the atmosphere control means 50 shown in FIG. 4 and the cooling means 60 connected thereto as viewed from above. FIG. 5B is a schematic schematic view of one of the atmosphere control means 50 shown in FIG. 4 and the corrosive liquid control means 40 and the cooling means 60 connected thereto as viewed from the side. 5 (a) and 5 (b), symbols A1 and A2 indicate test pieces, and in FIGS. 5 (a) and 5 (b), the atmosphere in which the test pieces A1 and A2 are installed is shown. The control means 50 is shown.
図1に示す腐食疲労複合試験装置においては、図1および図4に示すように、雰囲気制御手段50は、2つ設けられている。2つの環境制御手段50は、図1に示すように、回転制御手段20を挟んで対称配置されている。
雰囲気制御手段50は、図示しない制御手段によって制御されることにより、試験片A1、A2を曝露する試験雰囲気を制御するものである。雰囲気制御手段50は、図4、図5(a)および図5(b)に示すように、チャンバー51と、温湿度制御手段(不図示)と、温湿度制御手段に接続されたガス供給手段52(供給口55及び排出口56)とを備えている。
In the combined corrosion fatigue test apparatus shown in FIG. 1, two atmosphere control means 50 are provided as shown in FIGS. As shown in FIG. 1, the two environment control means 50 are arranged symmetrically with the rotation control means 20 in between.
The atmosphere control means 50 controls the test atmosphere to which the test pieces A1 and A2 are exposed by being controlled by a control means (not shown). As shown in FIG. 4, FIG. 5A and FIG. 5B, the atmosphere control means 50 includes a
図4に示すチャンバー51は、四角柱状の外形を有する箱状のものであり、図5(a)に示すように、チャンバー51を貫通する2つの試験片A1、A2における試験雰囲気に曝露される部分を覆うようになっている。したがって、図1に示す腐食疲労複合試験装置10では、試験片A1、A2のチャンバー51内に設置されている部分を、チャンバー51内の制御された試験雰囲気として試験できる。
The
チャンバー51の回転制御手段20側(内側)の側面(図4参照)には、図5(a)に示すように、チャンバー51に試験片A1、A2を貫通させるための開口部54が形成されている。また、チャンバー51の荷重制御手段30側(外側)の側面(図4参照)における開口部54と対向する位置には、開口部53が形成されている。
図5(a)に示すように、開口部53、54のチャンバー51の内面側の縁部と、試験中に回転する試験片A1、A2とが摺合する部分には、Oリング57が配置されている。本実施形態においては、Oリング57は、円柱状の試験片A1、A2の直径よりも0.5mm程度直径の小さいものとされている。
On the side surface (see FIG. 4) of the rotation control means 20 side (inner side) of the
As shown in FIG. 5A, an O-
Oリング57は、図5(a)に示すように、チャンバー51に試験片A1、A2が設置されることにより、試験片A1、A2によって、開口部53、54のチャンバー51の内面側の縁部に押し付けられる。また、Oリング57は、試験中の試験片A1、A2とともに回転し、開口部53、54のチャンバー51の内面側の縁部と摺合する。本実施形態においては、図5(a)に示すように、チャンバー51の開口部53、54と試験片A1、A2とが摺合する部分に、Oリング57が配置されているので、チャンバー51内からの試験雰囲気の漏洩が防止される。
As shown in FIG. 5A, the O-
試験雰囲気は、試験の目的に応じて決定でき、特に限定されるものではなく、例えば、所定の温度及び湿度に調整された空気や、所定の温度及び湿度に調整された空気中に所定量の腐食ガスを添加したものなどを用いることができる。
温湿度制御手段は、図示しない制御手段によって制御することにより、試験雰囲気の温度および湿度を制御するものである。温湿度制御手段は、配管(図示略)を介して供給された試験雰囲気となる雰囲気ガスを、温度20〜80℃、相対湿度20〜100%の範囲内の所定の温度及び湿度に調整して、配管(図示略)を介してガス供給手段52に供給するものであることが好ましい。温湿度制御手段としては、特に限定されるものではなく、例えば、除湿装置、加湿装置、ヒーターなどの加熱装置、冷却装置を有するものを用いることができる。
The test atmosphere can be determined according to the purpose of the test, and is not particularly limited. For example, a predetermined amount of air is adjusted to a predetermined temperature and humidity, or air is adjusted to a predetermined temperature and humidity. What added the corrosive gas etc. can be used.
The temperature / humidity control means controls the temperature and humidity of the test atmosphere by being controlled by a control means (not shown). The temperature / humidity control means adjusts the atmospheric gas serving as a test atmosphere supplied via a pipe (not shown) to a predetermined temperature and humidity within a range of a temperature of 20 to 80 ° C. and a relative humidity of 20 to 100%. It is preferable that the gas supply means 52 is supplied via a pipe (not shown). The temperature / humidity control means is not particularly limited, and for example, a device having a dehumidifying device, a humidifying device, a heating device such as a heater, or a cooling device can be used.
ガス供給手段52は、図示しない制御手段によって制御することにより、コンプレッサーなどを用いて、温湿度制御手段から供給された試験雰囲気となる雰囲気ガスを、所定の流量でチャンバー51に供給し、排出するものである。ガス供給手段52は、図4、図5(a)および図5(b)に示すように、供給口55と排出口56とを有している。供給口55は、チャンバー51の回転制御手段20側の側面と概ね直交する方向に設けられた一方の側面に設けられている。排出口56は、供給口55の設けられている側面と対向する側面に設けられている。排気口56には、ダンパーが具備されていることが好ましい。
The gas supply means 52 is controlled by a control means (not shown) to supply an atmosphere gas serving as a test atmosphere supplied from the temperature / humidity control means to the
供給口55には、温湿度制御手段に接続された配管(図示略)が接続されており、温湿度制御手段によって温度および湿度の調整された雰囲気ガスが供給されるようになっている。供給口55を介して所定の流量で供給された雰囲気ガスは、チャンバー内に充満して試験雰囲気として使用されつつ排出口56に向かって流れ、排気口56からチャンバー51の外へと放出される。
A pipe (not shown) connected to the temperature / humidity control means is connected to the
排気口56にダンパーが具備されている場合には、試験雰囲気の温度および/または湿度を変更する際にダンパーを閉状態とし、チャンバー51内の温度および/湿度が概ね一定となった時点でダンパーを開状態とすることができる。このことにより、チャンバー51内の試験雰囲気を変更する場合に、試験雰囲気が非定常状態となっている間の時間を短縮でき、好ましい。
When the
腐食液制御手段40は、図示しない制御手段によって制御することにより、試験片A1、A2への腐食液の滴下および停止を行うものである。腐食液制御手段40は、図5(b)に示すように、チャンバー51の上面に取り付けられたノズル41と、チューブポンプ43と、ノズル41とチューブポンプ43とを接続する樹脂などからなるチューブ42と、タンク44と、チューブポンプ43とタンク44とを接続するチューブ45とを有している。
The corrosive liquid control means 40 performs dripping and stopping of the corrosive liquid on the test pieces A1 and A2 by being controlled by a control means (not shown). As shown in FIG. 5 (b), the corrosive liquid control means 40 includes a
ノズル41は、試験片A1、A2に腐食液を滴下するものである。ノズル41は、図5(b)に示すように、チャンバー51の上面の平面視で試験片A1、A2の配置される位置と重なる位置に設けられている。
図5(b)に示すように、タンク44には、腐食液が収容されている。タンク44内に収容された腐食液の液面下には、樹脂などからなるチューブ45の一端が差し込まれている。チューブ45の一端は、チューブ45の自重によりタンク44の底部に沈降設置されている。
The
As shown in FIG. 5B, the
チューブポンプ43は、図示しない制御手段によって制御することにより、ノズル41から試験片A1、A2に滴下する腐食液を、予め設定された供給量よび滴下時間で、チューブ42に供給するものである。制御手段によってチューブポンプ43の「ON」「OFF」を切り替えることによって、ノズル41から試験片A1、A2への腐食液の滴下が「開始」「停止」される。
腐食液は、試験の目的に応じて決定でき、特に限定されるものではなく、例えば、JIS Z2371に規定される試験用塩溶液とすることができる。
The
The corrosive liquid can be determined according to the purpose of the test, and is not particularly limited. For example, it can be a salt solution for test defined in JIS Z2371.
図4、図5(a)および図5(b)に示すように、チャンバー51の上面の平面視で中央部には、試験片A1、A2を冷却する冷却手段60のノズル61が設けられている。ノズル61は、チャンバー51外に設置された図示しない冷却ガス供給手段に接続されている。冷却ガス供給手段は、所定の温度および流量の冷却ガスを、ノズル61に供給するものである。例えば、冷却ガス供給手段としては、コンプレッサーを用いて、冷却ガスをノズル61に供給するものが挙げられる。
As shown in FIGS. 4, 5 (a), and 5 (b), a
冷却ガスは、試験の目的に応じて決定でき、特に限定されるものではなく、例えば、冷却空気を用いることができる。冷却ガスの温度は、試験片の材料や、冷却ガスの種類、試験の目的に応じて決定でき、特に限定されるものではない。
冷却ガスの温度および流量は、試験中の試験片の温度が10℃以上、250℃未満の範囲となるように制御することが好ましい。試験中の冷却ガスの温度および流量は、必要に応じて、制御手段によって変更することができる。
The cooling gas can be determined according to the purpose of the test and is not particularly limited. For example, cooling air can be used. The temperature of the cooling gas can be determined according to the material of the test piece, the type of the cooling gas, and the purpose of the test, and is not particularly limited.
The temperature and flow rate of the cooling gas are preferably controlled so that the temperature of the test piece under test is in the range of 10 ° C. or more and less than 250 ° C. The temperature and flow rate of the cooling gas during the test can be changed by the control means as required.
試験中の試験片の温度が250℃未満であると、試験片が鋼材からなるものである場合、過時効、回復、再結晶等の現象により試験片の材質が変化する(軟質化する)ことを防止できる。また、試験中の試験片の温度を10℃未満とするには、コストがかかるため、試験中の試験片の温度は10℃以上であることが好ましい。 If the temperature of the test piece under test is less than 250 ° C, the material of the test piece will change (soften) due to overaging, recovery, recrystallization, etc. if the test piece is made of steel. Can be prevented. Moreover, since it takes cost to set the temperature of the test piece under test to less than 10 ° C., the temperature of the test piece under test is preferably 10 ° C. or higher.
図5(a)および図5(b)に示すように、ノズル61は、チャンバー51内で2つに分岐され、チャンバー51内に設置されている2つの試験片A1、A2の近傍にそれぞれ噴出口を有する分岐ノズル62を有している。本実施形態の冷却手段60は、分岐ノズル62を有しているので、チャンバー51内に設置された2つの試験片A1、A2のそれぞれに、冷却ガスを効率よく供給できる。
As shown in FIGS. 5 (a) and 5 (b), the
また、ノズル61は、冷却ガスを乾燥させる乾燥フィルター(不図示)を、内部に備えていることが好ましい。冷却ガスとして空気を用いる場合、季節や天気による大気中の湿度の変動によって冷却ガスの湿度が変動することにより、冷却ガスの熱伝達率が不安定となりやすい。ノズル61内の乾燥フィルターを通過させて、冷却ガスを乾燥させることで、湿度の安定した冷却ガスが得られる。よって、冷却ガスとして空気を用いる場合に、大気中の湿度の変動による冷却ガスの冷却能力への影響を軽減でき、さらに高精度で腐食疲労特性を評価できる。
Moreover, it is preferable that the
図1に示す腐食疲労複合試験装置10の制御手段は、回転制御手段20と荷重制御手段30と腐食液制御手段40と雰囲気制御手段50と冷却手段60とを制御して、腐食疲労複合試験装置10の動作を切り替えるモード選択手段(不図示)を備えている。図1に示す腐食疲労複合試験装置10では、モード選択手段から制御手段に送られる制御信号によって、試験片の回転速度、試験片への荷重の負荷・除荷、腐食液の滴下・停止、試験雰囲気の温度・湿度、試験片の冷却の有無が、それぞれ個別に変更される。モード選択手段によるこれらの制御機能は、コンピュータのRAM(ランダムアクセスメモリ)やROM(リードオンリーメモリ)等に記憶されたプログラムが動作することによって実現される。
1 controls the rotation control means 20, the load control means 30, the corrosive liquid control means 40, the atmosphere control means 50, and the cooling means 60 to control the corrosion fatigue composite test apparatus. The mode selection means (not shown) which switches 10 operation | movement is provided. In the corrosion fatigue combined
モード選択手段によって、切り替えられる動作としては、例えば、以下に示す4つのモードが挙げられる。
(1)荷重を除荷した試験片に腐食液を滴下しながら試験片を回転させる腐食液滴下モード。
(2)前記腐食液滴下モードを行った後に連続して行われ、前記試験片の表面を乾燥させる腐食液乾燥モード。
(3)試験片に荷重を負荷しながら試験片を回転させる疲労モード。
(4)疲労モードの前に試験片の表面を湿潤状態とする湿潤モード。
Examples of the operation switched by the mode selection means include the following four modes.
(1) Corrosion droplet lowering mode in which the test piece is rotated while dripping the corrosive liquid onto the test piece from which the load has been removed.
(2) A corrosive liquid drying mode that is performed continuously after the corrosive droplet lowering mode is performed, and dries the surface of the test piece.
(3) A fatigue mode in which the specimen is rotated while a load is applied to the specimen.
(4) Wetting mode in which the surface of the test piece is wet before the fatigue mode.
モード選択手段によって切り替えられる動作は、4本の試験片について全て同じ動作でもよいし、同じチャンバー内に配置される試験片が同じ試験雰囲気であれば、それぞれ異なる動作で試験を行ってもよい。 The operation switched by the mode selection means may be the same for all the four test pieces, or if the test pieces arranged in the same chamber have the same test atmosphere, the test may be performed with different operations.
(腐食液滴下モード)
腐食液滴下モードでは、荷重を除荷した試験片に腐食液を滴下しながら試験片を回転させる。腐食液滴下モードでは、試験片に腐食液を均一に塗布する。なお、腐食液滴下モードでは、荷重を除荷しているので、疲労き裂の発生および進展に影響しない。
腐食液滴下モードでは、後述する腐食液乾燥モードにおける局所的な腐食成分の濃化による評価のバラツキを防止するために、試験片の表面に形成される腐食液膜を周方向に均一に付着させることが好ましい。このため、腐食液滴下モードでは、試験片の回転速度を腐食液の粘性などに応じた低速にすることが好ましい。
(Corrosion drop mode)
In the corrosive liquid drop mode, the test piece is rotated while dripping the corrosive liquid onto the test piece from which the load has been removed. In the corrosion drop mode, the corrosion solution is uniformly applied to the test piece. In the corrosion drop mode, since the load is unloaded, it does not affect the generation and propagation of fatigue cracks.
In the corrosive droplet mode, in order to prevent variations in evaluation due to local concentration of corrosive components in the corrosive liquid drying mode, which will be described later, a corrosive liquid film formed on the surface of the test piece is uniformly attached in the circumferential direction. It is preferable. For this reason, in the corrosion droplet lowering mode, it is preferable to set the rotation speed of the test piece to a low speed corresponding to the viscosity of the corrosion liquid.
具体的には、腐食液滴下モードでは、回転制御手段20によって、試験片を回転速度5〜500rpm未満の低速回転で回転させることが好ましく、より望ましい回転速度は50〜200rpmである。試験片の回転速度を500rpm未満の低速回転にすると、腐食液を薄膜状態で試験片に安定的に付着させることができる。また、試験片の回転速度を5rpm以上にすると、流体である腐食液に重力が作用して、腐食液が試験片の表面から下方に垂れ下がってしまうことを防止できる。よって、腐食液を試験片の周方向に安定的に付着させることができる。
したがって、例えば腐食液として人工海水を用い、試験片の回転速度を上記範囲にした場合、試験片の表面に形成される腐食液膜の平均膜厚が容易に20μm〜2mmとなるとともに、試験片の周方向における腐食液膜の膜厚のばらつきが平均膜厚の5%以下となる。
Specifically, in the corrosion droplet lowering mode, it is preferable to rotate the test piece at a low speed of less than 5 to 500 rpm by the rotation control means 20, and a more desirable rotation speed is 50 to 200 rpm. When the rotation speed of the test piece is set to a low speed of less than 500 rpm, the corrosive liquid can be stably attached to the test piece in a thin film state. Further, when the rotation speed of the test piece is set to 5 rpm or more, it is possible to prevent gravity from acting on the corrosive liquid, which is a fluid, and dripping the corrosive liquid downward from the surface of the test piece. Therefore, the corrosive liquid can be stably attached in the circumferential direction of the test piece.
Therefore, for example, when artificial seawater is used as the corrosive liquid and the rotation speed of the test piece is in the above range, the average film thickness of the corrosive liquid film formed on the surface of the test piece easily becomes 20 μm to 2 mm, and the test piece Variation of the thickness of the corrosive liquid film in the circumferential direction is 5% or less of the average film thickness.
試験片の回転速度が500rpm以上であると、試験片の回転による遠心力が、粘性力によって試験片とともに回転運動している腐食液の付着力よりも強くなりやすくなるため、腐食液が試験片から離脱して飛散しやすくなる。また、回転速度が5rpm未満になると、腐食液が試験片の表面から下方に垂れ下がってしまい、試験片の周方向における腐食液膜の膜厚のばらつきが大きくなり、試験片における腐食発生の環境条件が不均一となりやすくなる。 When the rotation speed of the test piece is 500 rpm or more, the centrifugal force due to the rotation of the test piece tends to be stronger than the adhesion force of the corrosive liquid that is rotating together with the test piece due to the viscous force. It becomes easy to detach from and to scatter. Moreover, when the rotational speed is less than 5 rpm, the corrosive liquid hangs down from the surface of the test piece, the variation in the film thickness of the corrosive liquid film in the circumferential direction of the test piece increases, and the environmental conditions of the occurrence of corrosion in the test piece. Tends to be non-uniform.
腐食液滴下モード時の腐食液膜の平均膜厚および腐食液膜の膜厚のばらつきは、以下に示す方法により算出したものである。
まず、図1に示すZ方向(上方)から、試験片の表面の位置(丸棒状の試験片では長手方向の中央部、砂時計型の試験片では外径の最も小さい部分、平行部を有する試験片では平行部)を予め光学的に撮影する。次に、腐食液滴下モードを開始して、試験片の撮影位置と同位置で50ms毎に光学的に連続撮影された腐食液膜外面の位置を測定し、予め撮影した試験片の表面の位置との差異を個々の液膜厚みとして算出する。そして、腐食液滴下モードの任意の1分間、個々の液膜厚みの3000点の全データを平均したものを腐食液膜の平均膜厚とする。また、個々の液膜厚みの3000点のデータにおいて、最大値と最小値の差異を腐食液膜のばらつきと定義する。
The average film thickness of the corrosive liquid film and the variation in the film thickness of the corrosive liquid film in the corrosive liquid drop mode are calculated by the following method.
First, from the Z direction (upper direction) shown in FIG. 1, the position of the surface of the test piece (the center part in the longitudinal direction in the round bar-shaped test piece, the test part having the smallest outer diameter and the parallel part in the hourglass type test piece. The parallel part is photographed in advance optically. Next, the corrosive liquid drop mode is started, and the position of the outer surface of the corrosive liquid film that is optically continuously photographed every 50 ms at the same position as the position of the specimen is measured. Is calculated as the thickness of each liquid film. Then, the average film thickness of the corrosive liquid film is obtained by averaging all 3000 points of individual liquid film thicknesses for any one minute in the corrosive liquid drop mode. Further, in the data of 3000 points of individual liquid film thickness, the difference between the maximum value and the minimum value is defined as the variation of the corrosive liquid film.
腐食液滴下モードにおける腐食液の滴下量は、試験片の材料からなる製品が実際に使用される環境条件に応じて決定される。試験片における腐食発生の環境条件を均一とするためには、腐食液制御手段40によって、腐食液の滴下量を0.1〜30mL/minとすることが好ましい。腐食液の滴下量が上記範囲内であると、腐食液を薄膜状態で試験片に安定的に付着させることができる。腐食液の滴下量を0.1mL/min以上とすることで、試験片の周方向全体にわたって均一に腐食液を付着させることができる。また、腐食液の滴下量を30mL/min以下とすることで、必要以上に腐食液の使用量が増大することを抑制できる。 The dripping amount of the corrosive liquid in the corrosive liquid drop mode is determined according to the environmental conditions in which the product made of the material of the test piece is actually used. In order to make the environmental conditions of the occurrence of corrosion in the test piece uniform, it is preferable that the amount of dripping of the corrosive liquid is 0.1 to 30 mL / min by the corrosive liquid control means 40. When the dripping amount of the corrosive liquid is within the above range, the corrosive liquid can be stably attached to the test piece in a thin film state. By setting the dripping amount of the corrosive liquid to 0.1 mL / min or more, the corrosive liquid can be uniformly attached over the entire circumferential direction of the test piece. Moreover, it can suppress that the usage-amount of corrosive liquid increases more than necessary by making dripping amount of corrosive liquid 30 mL / min or less.
(腐食液乾燥モード)
腐食液乾燥モードは、腐食液滴下モードを行った後に連続して行う。腐食液乾燥モードでは、荷重を除荷した試験片の表面を乾燥させる。腐食液乾燥モードでは、腐食液に含まれる腐食成分(例えば、人工海水中の塩化物など)を試験片の表面で濃化する。
腐食液乾燥モードでは、回転制御手段20によって、試験片を回転速度5〜500rpmの範囲で回転させて行うことが好ましく、より望ましい回転速度は10〜100rpmである。腐食液乾燥モードにおいて試験片を回転させることで、試験片の乾燥が促進される。腐食液乾燥モードでは、荷重を除荷しているので、荷重の負荷に起因する現象を考慮する必要はない。
(Corrosive liquid drying mode)
The corrosive liquid drying mode is continuously performed after the corrosive liquid drop mode is performed. In the corrosive liquid drying mode, the surface of the test piece from which the load is removed is dried. In the corrosive liquid drying mode, a corrosive component (for example, chloride in artificial seawater) contained in the corrosive liquid is concentrated on the surface of the test piece.
In the corrosive liquid drying mode, it is preferable to rotate the test piece within the range of the rotation speed of 5 to 500 rpm by the rotation control means 20, and a more desirable rotation speed is 10 to 100 rpm. By rotating the test piece in the corrosive liquid drying mode, drying of the test piece is promoted. In the corrosive liquid drying mode, since the load is unloaded, it is not necessary to consider the phenomenon caused by the load.
腐食液乾燥モードでは、雰囲気制御手段50によって、チャンバー51内の試験雰囲気を、温度40〜50℃の高温、相対湿度20以上、30%未満の乾燥状態とすることが好ましい。このことにより、腐食液滴下モードにおいて形成した周方向の膜厚が均一な腐食液膜の状態を維持したまま、腐食液乾燥モードにおいて、腐食液膜の減少速度を10μm/s以上200μm/s以下とすることができる。これにより、試験片に乾燥ムラが生じることを防止できる。したがって、試験片の表面での腐食成分の濃化の局所的なバラツキを抑制できるとともに、効率よく試験を行うことができる。
In the corrosive liquid drying mode, the atmosphere control means 50 preferably sets the test atmosphere in the
腐食液乾燥モードにおいて、チャンバー51内の試験雰囲気を、温度50℃超、相対湿度20%以下にすると、腐食液膜の減少速度が200μm/sを超えやすくなり、試験片の乾燥ムラが生じやすくなる。
また、腐食液乾燥モードでの腐食液膜の減少速度の下限は、機能的に特に規定しないが、10μm/s以上とすることで、腐食液膜の乾燥に時間がかかりすぎて、試験効率を低下させることを防止できる。
When the test atmosphere in the
In addition, the lower limit of the rate of decrease of the corrosive liquid film in the corrosive liquid drying mode is not particularly specified in terms of function, but by setting it to 10 μm / s or more, it takes too much time to dry the corrosive liquid film, thereby improving the test efficiency. It can be prevented from lowering.
腐食液乾燥モードでの腐食液膜の減少速度は、以下に示す方法により調べたものである。
すなわち、腐食液滴下モード時に算出した腐食液膜の平均膜厚の測定と同様にして、腐食液乾燥モードを開始してから1分間毎の平均膜厚を、連続して30分間測定し、合計30点のデータから腐食液膜の平均の減少速度を求めた。
The rate of decrease of the corrosive liquid film in the corrosive liquid drying mode was investigated by the following method.
That is, in the same manner as the measurement of the average film thickness of the corrosive liquid film calculated in the corrosive liquid drop mode, the average film thickness every minute after the start of the corrosive liquid drying mode is continuously measured for 30 minutes. The average reduction rate of the corrosive liquid film was determined from the 30 points of data.
(湿潤モード)
湿潤モードは、必要に応じて、腐食液乾燥モードを行った後に連続して行う。湿潤モードでは、腐食液乾燥モードの後に荷重を除荷した試験片の表面を湿潤状態とする。湿潤モードでは、腐食液乾燥モードによって試験片の表面に濃化された腐食成分を、水分によってイオン化させて、試験片の表面における腐食ピットの生成および成長を促す。
湿潤モードでは、雰囲気制御手段50によって、チャンバー51内の試験雰囲気を、温度20〜40℃の低温、相対湿度30〜100%の湿潤状態とすることが好ましい。このことにより、試験片の表面における腐食ピットの生成および成長が促進される。湿潤モードでは、荷重を除荷しているので、荷重の負荷に起因する現象を考慮する必要はない。
(Wet mode)
The wet mode is continuously performed after performing the corrosive liquid drying mode, if necessary. In the wet mode, the surface of the test piece from which the load has been removed after the corrosive liquid drying mode is in a wet state. In the wet mode, the corrosion components concentrated on the surface of the test piece by the corrosive liquid drying mode are ionized by moisture to promote the generation and growth of corrosion pits on the surface of the test piece.
In the wet mode, the atmosphere control means 50 preferably makes the test atmosphere in the chamber 51 a wet state with a low temperature of 20 to 40 ° C. and a relative humidity of 30 to 100%. This promotes the formation and growth of corrosion pits on the surface of the specimen. In the wet mode, since the load is unloaded, it is not necessary to consider the phenomenon caused by the load.
腐食液滴下モードと腐食液乾燥モードと湿潤モードとをこの順で連続して行う組み合わせを、1回または複数回繰り返して行なうことで、例えば、腐食の進行や、試験片中への水素の侵入が促進され、試験片の腐食がさらに加速される。 By repeating the combination of the corrosive liquid drop mode, the corrosive liquid drying mode, and the wet mode successively in this order one or more times, for example, the progress of corrosion and the penetration of hydrogen into the specimen And the corrosion of the specimen is further accelerated.
(疲労モード)
疲労モードでは、試験片に荷重を負荷しながら試験片を回転させる。疲労モードでは、試験片の疲労を加速させる。疲労モードでは、腐食液滴下モードよりも高速で回転させることが好ましい。具体的には、疲労モードでは、試験片を回転速度500〜10000rpmの高速回転で回転させることが好ましい。回転速度が10000rpm以下であると、試験中に、試験片の取り付けに起因する予期せぬ試験片の振動が発生することを防止できる。また、回転速度を500rpm以上とすることで、効率よく疲労試験を行うことができる。
(Fatigue mode)
In the fatigue mode, the test piece is rotated while applying a load to the test piece. In the fatigue mode, the fatigue of the specimen is accelerated. In the fatigue mode, it is preferable to rotate at a higher speed than in the corrosive droplet lowering mode. Specifically, in the fatigue mode, it is preferable to rotate the test piece at a high speed of 500 to 10,000 rpm. When the rotational speed is 10,000 rpm or less, it is possible to prevent the occurrence of unexpected vibration of the test piece due to the attachment of the test piece during the test. Moreover, a fatigue test can be efficiently performed by setting a rotational speed to 500 rpm or more.
疲労モードを行うことにより、例えば、引張強度1000MPa以上の高強度鋼からなる試験片を評価する場合、冷却手段60によって試験片を冷却しながら行うことが好ましい。具体的には、例えば、モード選択手段によって冷却手段60を制御して、冷却手段60のノズル61から試験片の荷重負荷部分に、冷却空気などの冷却ガスを吹き付けて試験片を冷却することが好ましい。疲労モードにおいて、冷却手段60によって試験片を冷却し、試験片の発熱を抑制することで、高強度の鋼材からなる試験片の加熱による軟化を防止できる。冷却手段60によって試験片を冷却する場合、冷却手段60からの冷却ガスがチャンバー51内の試験雰囲気に影響を与えるため、雰囲気制御手段50によって試験雰囲気を制御しなくてもよい。
For example, when a test piece made of high-strength steel having a tensile strength of 1000 MPa or more is evaluated by performing the fatigue mode, it is preferably performed while cooling the test piece by the cooling means 60. Specifically, for example, the cooling means 60 is controlled by the mode selection means, and the test piece is cooled by spraying a cooling gas such as cooling air from the
冷却手段60によって試験片を冷却せずに、疲労モードを行うことにより、高強度の鋼材からなる試験片を評価すると、試験片が発熱し、試験片の表面の酸化皮膜が厚くなって、金色や青色に変色する(テンパーカラーが着く)ことがある。テンパーカラーが着いた試験片では、試験中の試験片の温度が300〜500℃に上昇して、試験片が軟化したために、疲労寿命が本来の性能よりも短くなる場合がある。このため、試験片の評価のばらつきが大きくなる。特に、引張強度1000MPa以上の高強度鋼からなる試験片では、評価のばらつきが顕著となる。 When a test piece made of a high-strength steel material is evaluated by performing the fatigue mode without cooling the test piece by the cooling means 60, the test piece generates heat, the oxide film on the surface of the test piece becomes thick, and the gold color Or may turn blue (tempered color). In the test piece on which the temper color is attached, the temperature of the test piece under test rises to 300 to 500 ° C., and the test piece is softened, so that the fatigue life may be shorter than the original performance. For this reason, the dispersion | variation in the evaluation of a test piece becomes large. In particular, in test pieces made of high-strength steel having a tensile strength of 1000 MPa or more, the variation in evaluation becomes significant.
疲労モードにおいて冷却手段60によって試験片を冷却する場合、試験片が高強度の鋼材からなるものであっても、試験片の加熱による軟化を防止できるので、評価のばらつきを小さくできる。
また、疲労モードを行うことにより高強度の鋼材からなる試験片を評価する場合には、試験片の回転速度を500〜10000rpmとし、試験材の引張強度が低い場合よりも遅く、例えば700rpm以下、より好ましくは550rpm以下としてもよい。この場合、試験片の発熱を抑制することができ、高強度の鋼材からなる試験片の加熱による軟化を防止できる。
When the test piece is cooled by the cooling means 60 in the fatigue mode, even if the test piece is made of a high-strength steel material, softening due to heating of the test piece can be prevented, so that variation in evaluation can be reduced.
Moreover, when evaluating the test piece which consists of high-strength steel materials by performing fatigue mode, the rotation speed of a test piece shall be 500-10000 rpm, and it is slower than the case where the tensile strength of a test material is low, for example, 700 rpm or less, More preferably, it is good also as 550 rpm or less. In this case, heat generation of the test piece can be suppressed, and softening due to heating of the test piece made of high-strength steel can be prevented.
なお、試験材の引張強度が低い(例えば、引張強度700MPa以下)場合には、疲労モードを行っても、試験片に負荷される応力が低いため、試験片の歪みも小さい。よって、試験片を冷却しなくても、疲労モードを行うことによる試験片の温度上昇が少なく、表面にテンパーカラーが着くことはないし、評価のばらつきも充分に小さくなる。 When the test material has a low tensile strength (for example, a tensile strength of 700 MPa or less), even when the fatigue mode is performed, the stress applied to the test piece is low, so the distortion of the test piece is small. Therefore, even if the test piece is not cooled, the temperature rise of the test piece due to the fatigue mode is small, the temper color is not attached to the surface, and the variation in evaluation is sufficiently reduced.
また、疲労モードは、疲労試験の目的に応じて、腐食液乾燥モードの後に湿潤モードを行わずに、試験片の表面を湿潤状態としながら行ってもよい。この場合、試験片の疲労が加速されるとともに、試験片の腐食も加速される。
より詳細には、疲労モードにおいて、腐食液乾燥モードによって試験片の表面に濃化された腐食成分を、雰囲気中の水分によってイオン化させ、試験片の表面における腐食ピットの生成および成長を促す。試験片の表面を湿潤状態としながら疲労モードを行う場合、雰囲気制御手段50によって、チャンバー51内の試験雰囲気を、温度20〜40℃の低温、相対湿度30〜100%の湿潤状態とすることが好ましい。このことにより、試験片の表面における腐食ピットの生成および成長が促進される。
Further, the fatigue mode may be performed while the surface of the test piece is in a wet state without performing the wet mode after the corrosive liquid drying mode, depending on the purpose of the fatigue test. In this case, fatigue of the test piece is accelerated and corrosion of the test piece is also accelerated.
More specifically, in the fatigue mode, the corrosive component concentrated on the surface of the test piece by the corrosive liquid drying mode is ionized by moisture in the atmosphere to promote the generation and growth of corrosion pits on the surface of the test piece. When the fatigue mode is performed while the surface of the test piece is in a wet state, the atmosphere in the
また、疲労モードは、疲労試験の目的に応じて、試験片に腐食液を滴下しながら行ってもよい。 Moreover, you may perform fatigue mode, dripping a corrosive liquid to a test piece according to the objective of a fatigue test.
「腐食疲労複合試験方法」
次に、本発明の腐食疲労複合試験方法の一例として、図1に示す腐食疲労複合試験装置10を用いて、試験片の腐食を加速させる工程と、試験片の疲労を加速させる工程とを行う方法を例に挙げて説明する。
本実施形態においては、試験片の腐食を加速させる工程を行った後に、試験片の疲労を加速させる工程を行い、その後、試験片が破断するまで、試験片の腐食を加速させる工程と試験片の疲労を加速させる工程とを交互に繰り返し行う。
本実施形態においては、4本の試験片について全て同じ条件で試験を行ってもよいし、同じチャンバー内に配置される試験片が同じ試験雰囲気であれば、それぞれ異なる条件で試験を行ってもよい。
"Corrosion fatigue combined test method"
Next, as an example of the combined corrosion fatigue test method of the present invention, the corrosion fatigue combined
In this embodiment, after performing the step of accelerating the corrosion of the test piece, the step of accelerating the fatigue of the test piece, and then the step of accelerating the corrosion of the test piece until the test piece breaks and the test piece The process of accelerating fatigue is repeated alternately.
In the present embodiment, all four test pieces may be tested under the same conditions, and if the test pieces placed in the same chamber have the same test atmosphere, the tests may be performed under different conditions. Good.
(腐食を加速させる工程)
試験片の腐食を加速させる工程としては、試験片の腐食を加速できる工程であればよく、特に限定されないが、荷重を除荷した試験片に腐食液を滴下しながら試験片を回転させる工程であることが好ましく、以下の(a1)または(a2)に示す工程を、予め設定された時間で行うことがより好ましい。試験片の腐食を加速させる工程は、以下の(a1)と(a2)とを組み合わせた工程であってもよい。
(Process to accelerate corrosion)
The step of accelerating the corrosion of the test piece is not particularly limited as long as it can accelerate the corrosion of the test piece, but it is a step of rotating the test piece while dripping the corrosion solution onto the test piece from which the load has been removed. It is preferable that the step shown in the following (a1) or (a2) is more preferably performed in a preset time. The step of accelerating the corrosion of the test piece may be a step in which the following (a1) and (a2) are combined.
(a1)荷重を除荷した試験片に腐食液を滴下しながら試験片を回転速度5〜500rpm未満の低速回転で回転させる工程。この工程では、試験片の表面に形成される腐食液膜の平均膜厚を20μm〜2mmとし、かつ試験片の周方向における腐食液膜の膜厚のばらつきを平均膜厚の5%以下とする。(a1)に示す工程は、後述する(b2)を含む工程と組み合わせることが好ましい。
(a2)荷重を除荷した試験片に腐食液を滴下しながら試験片を回転させる腐食液塗布処理と、腐食液塗布処理の後に連続して行われる試験片の表面を乾燥させる乾燥処理と、乾燥処理の後に連続して行われる試験片の表面を湿潤状態とする湿潤処理との組み合わせを、1回または複数回行なう工程を含み、腐食液塗布処理において試験片の表面に形成される腐食液膜を、乾燥処理により200μm/s以下の減少速度で乾燥させて腐食成分を濃化させ、湿潤処理により濃化した腐食成分をイオン化させる。(a2)に示す工程は、後述する(b1)を含む工程と組み合わせることが好ましい。
(A1) A step of rotating the test piece at a low speed of less than 5 to 500 rpm while dropping the corrosive liquid on the test piece from which the load has been removed. In this step, the average thickness of the corrosive liquid film formed on the surface of the test piece is 20 μm to 2 mm, and the variation in the thickness of the corrosive liquid film in the circumferential direction of the test piece is 5% or less of the average film thickness. . The step shown in (a1) is preferably combined with the step including (b2) described later.
(A2) a corrosive solution coating process in which the test piece is rotated while dripping the corrosive liquid on the test piece from which the load has been removed, and a drying process for drying the surface of the test piece that is continuously performed after the corrosive solution coating process; A corrosive liquid formed on the surface of the test piece in the corrosive liquid coating process, including a step of performing one or a plurality of times a combination with a wet process in which the surface of the test piece is continuously wetted after the drying process. The film is dried by a drying process at a decreasing rate of 200 μm / s or less to concentrate the corrosive component, and the corrosive component concentrated by the wet process is ionized. The step shown in (a2) is preferably combined with the step including (b1) described later.
上記の(a1)に示す工程は、モード選択手段により、装置の動作を「腐食液滴下モード」に切り替えることにより行う。
上記の(a2)に示す工程は、モード選択手段により、装置の動作を「腐食液滴下モード」に切り替えた後、「腐食液乾燥モード」に切り替え、その後「湿潤モード」に切り替えることを、1回または複数回行う。
The process shown in (a1) above is performed by switching the operation of the apparatus to the “corrosive droplet lowering mode” by the mode selection means.
In the step shown in (a2), the mode selection means switches the operation of the apparatus to the “corrosive droplet lowering mode”, then switches to the “corrosive liquid drying mode”, and then switches to the “wetting mode”. Do it once or multiple times.
(疲労を加速させる工程)
疲労を加速させる工程としては、試験片の疲労を加速できる工程であればよく、特に限定されないが、試験片に荷重を負荷しながら試験片を回転させる工程であることが好ましく、例えば、以下の(b1)〜(b3)に示すいずれかの工程を、予め設定された時間で行うことが好ましい。なお、試験片が、引張強度1000MPa以上の高強度鋼である場合には、以下の(b1)に示す工程を行うことが好ましい。また、試験片の腐食を加速させる工程は、以下の(b1)〜(b3)のうちの2以上の工程を組み合わせた工程であってもよく、例えば、以下の(b1)と(b3)とを組み合わせた工程、または以下の(b2)と(b3)とを組み合わせた工程であってもよい。
(Process to accelerate fatigue)
The step of accelerating fatigue is not particularly limited as long as it can accelerate the fatigue of the test piece, but is preferably a step of rotating the test piece while applying a load to the test piece. It is preferable to perform any of the steps shown in (b1) to (b3) for a preset time. In addition, when a test piece is high strength steel with a tensile strength of 1000 MPa or more, it is preferable to perform the process shown in the following (b1). Moreover, the process of accelerating the corrosion of the test piece may be a process in which two or more of the following (b1) to (b3) are combined. For example, the following (b1) and (b3) Or a combination of the following (b2) and (b3).
(b1)試験片の他端に荷重を負荷し、試験片を冷却しながら、試験片を回転させる工程。
(b2)相対湿度30〜100%の試験雰囲気中で試験片の他端に荷重を負荷しながら試験片を回転させる工程。
(b3)試験片に腐食液を滴下し、試験片の他端に荷重を負荷しながら試験片を回転させる工程。
上記の(b1)〜(b3)に示す工程は、モード選択手段により、装置の動作を「疲労モード」に切り替えることにより行う。
(B1) A step of rotating the test piece while applying a load to the other end of the test piece and cooling the test piece.
(B2) A step of rotating the test piece while applying a load to the other end of the test piece in a test atmosphere having a relative humidity of 30 to 100%.
(B3) A step of rotating the test piece while dropping a corrosive liquid onto the test piece and applying a load to the other end of the test piece.
The steps shown in the above (b1) to (b3) are performed by switching the operation of the apparatus to the “fatigue mode” by the mode selection means.
本実施形態においては、上記の(a1)または(a2)に示す工程と、(b1)〜(b3)に示す工程とは、如何なる組み合わせで行ってもよく、試験片の材料や試験の目的などに応じて決定できる。
また、本実施形態においては、試験片の腐食を加速させる工程および試験片の疲労を加速させる工程を、それぞれ予め設定された時間で行うことにより、試験片の腐食を加速させる工程と疲労を加速させる工程とを交互に繰り返し行うことが好ましいが、試験片の腐食を加速させる工程の後に、疲労を加速させる工程を一回のみ試験片が破断するまで連続して行ってもよい。
In the present embodiment, the step shown in the above (a1) or (a2) and the steps shown in (b1) to (b3) may be performed in any combination, such as the material of the test piece and the purpose of the test. Can be determined according to
In the present embodiment, the step of accelerating the corrosion of the test piece and the step of accelerating the fatigue of the test piece are performed in a preset time, respectively, to accelerate the corrosion of the test piece and accelerate the fatigue. However, the step of accelerating fatigue after the step of accelerating the corrosion of the test piece may be continuously performed only once until the test piece breaks.
上述した(b1)に示す工程では、チャンバー51内に試験片を冷却する冷却ガスが供給される。このため、(b1)に示す工程においては、チャンバー51内の試験雰囲気を制御しにくくなる。よって、(b1)に示す工程では、雰囲気制御手段50によるチャンバー51内の試験雰囲気の制御を行わないことが好ましい。
In the process shown in (b1) described above, a cooling gas for cooling the test piece is supplied into the
また、(b2)に示す工程において、試験片を冷却すると、冷却ガスによって相対湿度が不安定となりやすい。このため、(b2)に示す工程においては、試験片を冷却しないことが好ましい。
また、(b2)に示す工程は、(a1)または(a2)に示す工程の後に行うことが好ましい。この場合、(b2)に示す工程を行う際の試験片の表面には、均一に腐食液中の溶質成分が晶出している。したがって、(b2)に示す工程において、チャンバー51内の試験雰囲気を温度20〜40℃の低温、相対湿度30〜100%の湿潤状態にすると、腐食ピットが生成され、疲労き裂が促進される。
In the step shown in (b2), when the test piece is cooled, the relative humidity tends to become unstable due to the cooling gas. For this reason, it is preferable not to cool a test piece in the process shown to (b2).
Moreover, it is preferable to perform the process shown to (b2) after the process shown to (a1) or (a2). In this case, the solute component in the corrosive liquid is crystallized uniformly on the surface of the test piece when performing the step shown in (b2). Therefore, in the step shown in (b2), when the test atmosphere in the
また、試験片に腐食液を滴下しながら試験片を冷却すると、試験片の表面への腐食液の塗布が不安定となりやすい。このため、試験片への腐食液の滴下と、試験片の冷却とを、同時に行わないことが好ましい。 Further, when the test piece is cooled while dripping the corrosive liquid onto the test piece, the application of the corrosive liquid to the surface of the test piece tends to become unstable. For this reason, it is preferable not to perform dripping of the corrosive liquid to a test piece, and cooling of a test piece simultaneously.
なお、本発明の腐食疲労複合試験方法は、本発明の腐食疲労複合試験装置を用いて、試験片の腐食を加速させる工程と、試験片の疲労を加速させる工程とを行う方法であればよく、上記の実施形態において例に挙げた方法に限定されない。 The corrosion fatigue combined test method of the present invention may be any method that uses the corrosion fatigue combined test apparatus of the present invention to perform the step of accelerating the corrosion of the test piece and the step of accelerating the fatigue of the test piece. The method is not limited to the method exemplified in the above embodiment.
本実施形態の腐食疲労複合試験装置10は、回転制御手段20と荷重制御手段30と腐食液制御手段40と雰囲気制御手段50と冷却手段60とを備え、これらを個別に制御する制御手段とを備えているので、制御手段により、必要に応じて試験中に環境条件や応力負荷条件を変化させることが可能である。したがって、一つの装置で連続して、試験片の腐食を加速させる工程と試験片の疲労を加速させる工程とを行うことができ、例えば、CCTと回転曲げ疲労試験とを別個の装置を用いて行う場合と比較して、効率よく腐食疲労特性を評価できる。
The corrosion fatigue combined
また、本実施形態の腐食疲労複合試験装置10においては、一つの装置で試験片の腐食を加速させる工程と疲労を加速させる工程とを行うことができるので、一定の腐食環境を模擬した環境下で腐食疲労試験を行う場合と比較して、実際の環境条件や応力負荷条件に対応する条件で腐食疲労特性を高精度で評価できる。
Further, in the corrosion fatigue combined
また、本実施形態の腐食疲労複合試験装置10は、冷却手段60を備えているので、試験中の試験片を冷却でき、試験片の発熱を抑制できる。その結果、例えば、高強度の鋼材の試験を行う場合に、試験片が試験中に発熱して軟化することを防止でき、評価のばらつきを小さくすることができる。
Moreover, since the corrosion fatigue combined
なお、本実施形態においては、4本の試験片を同時に効率よく試験できる腐食疲労複合試験装置10を例に挙げて説明したが、腐食疲労複合試験装置において、同時に試験できる試験片の数は特に限定されない。例えば、1本の試験片のみを試験できるものであってもよい。
In this embodiment, the corrosion fatigue combined
また、本実施形態においては、回転制御手段と、雰囲気制御手段と、腐食液制御手段および冷却手段の一部が、2本の試験片に対して1つ設けられている場合を例に挙げて説明したが、これらは全て各試験片毎に個別に設けられていてもよい。
本発明の腐食疲労複合試験装置に備えられた回転制御手段は、4本の試験片を同じ回転速度で回転させるものであっても、4本の試験片を2本ずつ異なる回転速度で回転させるものであってもよく、全ての試験片を異なる回転速度で回転させるものであってもよい。
Further, in this embodiment, a case where a part of the rotation control means, the atmosphere control means, the corrosive liquid control means and the cooling means is provided for two test pieces is taken as an example. Although described, all of these may be provided individually for each test piece.
Even if the rotation control means provided in the corrosion fatigue combined test apparatus of the present invention rotates four test pieces at the same rotational speed, the four test pieces are rotated at different rotational speeds by two. It may be a thing, and all the test pieces may be rotated at different rotational speeds.
次に、実施例を示して、本発明を具体的に説明する。なお、本発明は、以下に示す実施例によってその範囲が制限されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲において適宜変更して実施できる。 Next, an Example is shown and this invention is demonstrated concretely. It should be noted that the scope of the present invention is not limited by the following examples, and can be implemented with appropriate modifications without departing from the scope of the present invention.
表1および表2に示すNo.1〜No.10の条件で、表3に示す引張強度の砂時計型の試験片に対して、腐食疲労複合試験を行った。砂時計型の試験片としては、断面視円形で、両端部の外径10mm、長手方向中央部の最も外径の小さい部分の外径4mmのもの用いた。
No.1〜No.10の条件の各ステップ(工程)における試験片の回転速度、試験片への荷重の負荷・除荷、腐食液の滴下(流量)・停止、試験雰囲気である空気の温度・湿度、試験片の冷却の有無、試験時間、動作モードを表1および表2に示す。
No. shown in Table 1 and Table 2. 1-No. Under the conditions of 10, the corrosion fatigue combined test was performed on the hourglass test pieces having the tensile strength shown in Table 3. As an hourglass-type test piece, a test piece having a circular shape in cross section, an outer diameter of 10 mm at both end portions, and an outer diameter of 4 mm at the smallest outer diameter portion at the central portion in the longitudinal direction was used.
No. 1-No. Rotation speed of test piece in each step (process) of 10 conditions, loading / unloading of load on test piece, dripping (flow rate) / stop of corrosive liquid, temperature / humidity of air as test atmosphere, Table 1 and Table 2 show the presence / absence of cooling, the test time, and the operation mode.
No.1〜No.10の各条件で腐食疲労複合試験を各10回ずつ同一条件で行ない、試験片が破断するまでの試験片の回転数のばらつき(最大回数/最小回数)を調べた。
また、腐食液滴下モード時の腐食液膜厚みを以下の方法により算出した。
まず、図1に示すZ方向(上方)から、試験片の長手方向の中央部の位置を予め光学的に撮影した。撮影装置としてはキーエンス社製LS−9030を用いた。次に、腐食液滴下モードを開始して、試験片の撮影位置と同位置で50ms毎に光学的に連続撮影された腐食液膜外面の位置を測定し、予め撮影した試験片の表面の位置との差異を個々の液膜厚みとして算出した。そして、腐食液滴下モードの任意の1分間、個々の液膜厚みの3000点の全データを平均したものを腐食液膜の平均膜厚とした。
No. 1-No. The corrosion fatigue combined test was performed 10 times under the same conditions under 10 conditions, and the variation in the number of rotations of the test piece until the test piece broke (maximum number / minimum number) was examined.
Further, the thickness of the corrosive liquid film in the corrosive liquid drop mode was calculated by the following method.
First, from the Z direction (upward) shown in FIG. 1, the position of the central portion in the longitudinal direction of the test piece was optically photographed in advance. LS-9030 manufactured by Keyence Corporation was used as the photographing apparatus. Next, the corrosive liquid drop mode is started, and the position of the outer surface of the corrosive liquid film that is optically continuously photographed every 50 ms at the same position as the position of the specimen is measured. The difference was calculated as the thickness of each liquid film. Then, the average film thickness of the corrosive liquid film was obtained by averaging all 3000 points of individual liquid film thicknesses for an arbitrary 1 minute in the corrosive liquid drop mode.
また、腐食疲労複合試験後の試験片について、試験中の異常発熱の有無の評価として、表面が金色や青色に変色したか否か(テンパーカラーの有無)を目視にて調べた。
また、疲労モード時の試験片の振動の有無を以下に示す方法により評価した。
疲労モード時の試験片の振動の有(×)無(○)は、動作音の有無または回転制御手段のケースの振動の有無によって評価した。試験片の振動による動作音は、非常に周波数の高い音である。このため、試験片の振動によって発生する動作音の有無は、測定機器を使用せず、動作音が聞こえるか否かにより判断した。また、動作音が聞こえない場合には、回転制御手段のケースに触れて、その振動の有無により、試験片の振動の発生を検知した。
Further, for the test piece after the corrosion fatigue combined test, as an evaluation of the presence or absence of abnormal heat generation during the test, whether or not the surface was changed to gold or blue (presence of temper color) was examined visually.
In addition, the presence or absence of vibration of the test piece in the fatigue mode was evaluated by the following method.
The presence / absence (x) or non-existence (O) of the vibration of the test piece in the fatigue mode was evaluated based on the presence or absence of operation noise or the presence or absence of vibration in the case of the rotation control means. The operation sound due to the vibration of the test piece is a very high frequency sound. For this reason, the presence or absence of the operation sound generated by the vibration of the test piece was determined based on whether or not the operation sound was heard without using a measuring instrument. In addition, when no operation sound was heard, the case of the rotation control means was touched, and the occurrence of vibration of the test piece was detected based on the presence or absence of the vibration.
試験片の振動の有無、異常発熱の有無、破断までの回転数ばらつき、腐食液滴下モード時の腐食液膜厚みを表3に示す。 Table 3 shows the presence / absence of vibration of the test piece, presence / absence of abnormal heat generation, variation in the number of revolutions until breakage, and thickness of the corrosive liquid film in the corrosive liquid drop mode.
表3に示すように、No.1〜No.4、No.7〜No.10の条件で腐食疲労複合試験を行った場合、No.5、No.6と比較して破断までの回転数ばらつきが小さくなった。
これは、No.1〜No.4、No.7〜No.10の条件では、試験中の試験片の回転速度が適切であり、かつ、引張強度が高い試験片においては疲労モード時に冷却したためである。
As shown in Table 3, no. 1-No. 4, no. 7-No. When the corrosion fatigue combined test was conducted under the conditions of No. 10, 5, no. Compared to 6, the rotational speed variation until breakage was smaller.
This is no. 1-No. 4, no. 7-No. This is because, under the condition No. 10, the rotation speed of the test piece under test was appropriate, and the test piece with high tensile strength was cooled in the fatigue mode.
No.5では、腐食液滴下モードおよび腐食液乾燥モード時の回転速度が遅いため、腐食ピットの形成におけるムラが大きく、試験片が破断するまでの回転数のばらつきが大きくなった。
No.6では、疲労モード時の回転速度が速すぎて試験片の振動が発生し、破断するまでの回転数のばらつきが大きくなった。
No. In No. 5, since the rotational speeds in the corrosive droplet lowering mode and the corrosive liquid drying mode were slow, unevenness in formation of corrosion pits was large, and the number of revolutions until the specimen was broken increased.
No. In No. 6, the rotational speed in the fatigue mode was too high, and the test piece vibrated, resulting in a large variation in the number of revolutions until breaking.
本発明の腐食疲労複合試験装置およびこれを用いた腐食疲労複合試験方法によれば、試験片を効率よく高精度で評価ができる。特に、高強度鋼からなる試験片を高精度で評価できる。したがって、高強度鋼の開発が促進されるなど、産業上極めて有用である。 According to the corrosion fatigue combined test apparatus of the present invention and the corrosion fatigue combined test method using the same, the test piece can be evaluated efficiently and with high accuracy. In particular, a test piece made of high-strength steel can be evaluated with high accuracy. Therefore, it is extremely useful industrially, such as promoting the development of high-strength steel.
A1、A2 試験片、2a コレットチャック、3 アダプター、3a 試験片取り付け部、3b 台座取り付け部、3c 蝶番、3d ベアリング、4 おもり台座、4a フック、4b 軸部材、4c 台座、5 アダプター受け台、5a 張り出し部、5b 孔、5c 取り付け部、6 シリンダー、10 腐食疲労複合試験装置、10a 本体、20 回転制御手段、21 把持部、22 回転駆動部、30 荷重制御手段、40 腐食液制御手段、41 ノズル、43 チューブポンプ、42、45 チューブ、44 タンク、50 雰囲気制御手段、51 チャンバー、52 供給手段、53、54 開口部、55 供給口、56 排出口、57 Oリング、60 冷却手段、61 ノズル、62 分岐ノズル。 A1, A2 Test piece, 2a Collet chuck, 3 Adapter, 3a Test piece mounting part, 3b Base mounting part, 3c Hinge, 3d Bearing, 4 Weight base, 4a Hook, 4b Shaft member, 4c base, 5 Adapter base, 5a Overhang part, 5b hole, 5c attachment part, 6 cylinder, 10 corrosion fatigue combined test apparatus, 10a body, 20 rotation control means, 21 gripping part, 22 rotation drive part, 30 load control means, 40 corrosive liquid control means, 41 nozzle , 43 Tube pump, 42, 45 Tube, 44 Tank, 50 Atmosphere control means, 51 Chamber, 52 Supply means, 53, 54 Opening, 55 Supply port, 56 Discharge port, 57 O-ring, 60 Cooling means, 61 Nozzle, 62 Branch nozzle.
Claims (12)
前記試験片の他端への荷重の負荷および除荷を行う荷重制御手段と、
前記試験片への腐食液の滴下および停止を行う腐食液制御手段と、
前記試験片を曝露する試験雰囲気を制御する雰囲気制御手段と、
前記試験片を冷却する冷却手段と、
前記回転制御手段と前記荷重制御手段と前記腐食液制御手段と前記雰囲気制御手段とを個別に制御する制御手段とを備えることを特徴とする腐食疲労複合試験装置。 A rotation control means for rotatably supporting the one end of the rod-shaped test piece and rotating the test piece in a shiftable manner;
Load control means for loading and unloading the load to the other end of the test piece;
Corrosive liquid control means for dropping and stopping the corrosive liquid on the test piece;
Atmosphere control means for controlling a test atmosphere for exposing the test piece;
A cooling means for cooling the test piece;
A corrosion fatigue combined testing apparatus comprising: control means for individually controlling the rotation control means, the load control means, the corrosive liquid control means, and the atmosphere control means.
前記動作が、荷重を除荷した前記試験片に前記腐食液を滴下しながら前記試験片を回転させる腐食液滴下モードと、
前記腐食液滴下モードを行った後に連続して行われ、前記試験片の表面を乾燥させる腐食液乾燥モードと、
前記試験片に荷重を負荷しながら前記試験片を回転させる疲労モードとを含むことを特徴とする請求項1に記載の腐食疲労複合試験装置。 The control means includes mode selection means for controlling the rotation control means, the load control means, the corrosive liquid control means, and the atmosphere control means to switch the operation of the apparatus,
The operation is a corrosive liquid drop mode in which the test piece is rotated while dripping the corrosive liquid onto the test piece from which a load has been removed;
A corrosive liquid drying mode for continuously drying the corrosive liquid drop mode and drying the surface of the test piece;
The corrosion fatigue combined test apparatus according to claim 1, further comprising a fatigue mode in which the test piece is rotated while a load is applied to the test piece.
前記疲労モードにおいて前記試験片を冷却することを特徴とする請求項2に記載の腐食疲労複合試験装置。 The cooling means is controlled by the mode selection means;
The corrosion fatigue combined test apparatus according to claim 2, wherein the test piece is cooled in the fatigue mode.
前記試験片に負荷される荷重を除荷する荷重除荷手段とを備えることを特徴とする請求項1〜4の何れか一項に記載の腐食疲労複合試験装置。 The load control means includes a load loading means for pulling the other end of the test piece vertically downward so as to freely rotate the shaft;
The corrosion fatigue combined testing apparatus according to any one of claims 1 to 4, further comprising load unloading means for unloading a load applied to the test piece.
前記試験雰囲気の温度および湿度を制御する温湿度制御手段と、
前記チャンバーに雰囲気ガスを供給するガス供給手段と、
を備えることを特徴とする請求項1〜5の何れか一項に記載の腐食疲労複合試験装置。 The atmosphere control means includes a chamber covering a portion of the test piece exposed to the test atmosphere;
Temperature and humidity control means for controlling the temperature and humidity of the test atmosphere;
Gas supply means for supplying atmospheric gas to the chamber;
The corrosion fatigue combined test apparatus according to any one of claims 1 to 5, further comprising:
前記腐食液塗布処理において前記試験片の表面に形成される腐食液膜を、前記乾燥処理により200μm/s以下の減少速度で乾燥させることを特徴とする請求項7〜11の何れか一項に記載の腐食疲労複合試験方法。 The test piece in which the step of accelerating the corrosion is performed continuously after the corrosive liquid coating process of rotating the test piece while dropping the corrosive liquid on the test piece from which the load has been removed, and the corrosive liquid coating process. A combination of a drying treatment for drying the surface of the test piece and a wetting treatment for continuously bringing the surface of the test piece into a wet state after the drying treatment,
The corrosive liquid film formed on the surface of the test piece in the corrosive liquid coating treatment is dried at a decreasing rate of 200 μm / s or less by the drying treatment. The combined corrosion fatigue test method described.
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