JP2017026507A - 材料加熱圧縮試験装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】試験片を均一に加熱し、測定時における試験片全体の温度分布が均一に保たれていることにより、材料物性値の高精度測定を可能とすること。【解決手段】試験片ＴＰを圧縮するための下型１及び上型と、試験片ＴＰの周囲に配置され、試験片ＴＰを非接触にて加熱するための加熱装置３と、試験片ＴＰの異なる側方位置から試験片ＴＰに向けて接近したり離れることができる３本以上の細長い棒状の可動接触部材４を有し、当該可動接触部材４の端部にて試験片ＴＰを側方から挟み保持したり離すことができ、かつ、保持した当該試験片ＴＰを昇降させることができる保持装置Ｈと、試験片ＴＰの温度を測定できる温度計７と、からなり、前記下型１の上方に、前記保持装置Ｈによって試験片ＴＰを空中に保持し、温度管理下にて試験片ＴＰを加熱できる材料加熱圧縮試験装置１０である。【選択図】図１
Description
本発明は、材料加熱圧縮試験装置に関するものであって、詳細には、圧延や鍛造などの塑性加工において加工に必要な荷重や摩擦を推定するために必要な金属材料などの熱間変形抵抗および摩擦係数を精度良く評価するための評価試験を行うことができる試験装置であって、熱間鍛造シミュレータとして使用することができる材料加熱圧縮試験装置、及び、材料圧縮試験装置用の加熱試験ユニットに関するものである。
金属材料などの熱間変形抵抗の測定方法としては、引張試験、圧縮試験、ねじり試験がある。引張試験やねじり試験は試験片の掴み部が必要であり、そのため試験片寸法が大きくなることや掴み部に起因する複雑な加工が必要である。
一方、圧縮試験はより単純な円柱形状試験片あるいはリング形状試験片を用いるため掴み部が不要であり、多量のデータ処理を行う場合には望ましい測定方法である（非特許文献３〜５）。
一方、圧縮試験はより単純な円柱形状試験片あるいはリング形状試験片を用いるため掴み部が不要であり、多量のデータ処理を行う場合には望ましい測定方法である（非特許文献３〜５）。
ところで、圧縮試験における試験片の加熱方法としては、加熱炉内において加熱した後に試験装置の下型の上に置いて所定温度になってから圧縮する場合（特許文献１、非特許文献２、非特許文献３）と、試験装置の下型の上で所定温度に加熱する方法（非特許文献１、非特許文献３、非特許文献５）とがある。
上記のように、別途加熱して試験装置にセッティングする場合には、試験片の表面部分の温度と中心部分との温度差が生じうることであり、下型の上で加熱する場合には、型自体への熱伝導と、上型と下型との間の温度差が生じ、高精度で再現性のある試験方法としてはどちらも改善の余地がある。
なお、非特許文献４にて開示されている「丸棒の熱間横圧縮試験」に用いている材料加熱圧縮装置においては、下型の上方にて円筒状の試験片を空中に保持し、温度管理下にて試験片を加熱することで、上記温度差が生じる問題に対処している。
しかしながら、上記「丸棒の熱間横圧縮試験」の材料加熱圧縮装置においては、試験片を２方向から金属製のスプリングによって保持するようになっており、円柱状の試験片の周面を側方から保持することは困難であるという問題や、スプリングによって試験片の熱が常に奪われるという問題がある。
しかしながら、上記「丸棒の熱間横圧縮試験」の材料加熱圧縮装置においては、試験片を２方向から金属製のスプリングによって保持するようになっており、円柱状の試験片の周面を側方から保持することは困難であるという問題や、スプリングによって試験片の熱が常に奪われるという問題がある。
また、上記「丸棒の熱間横圧縮試験」の材料加熱圧縮装置においては、試験片を２方向からスプリングによって保持したままになっており、試験片を圧縮する際の障害となることがあるという問題がある。
さらに、上記「丸棒の熱間横圧縮試験」の材料加熱圧縮装置においては、前記加熱装置として、中心が水平方向を向くコイル状の電磁誘導加熱装置を用いており、試験片の軸方向長さの自由度が小さく、大ひずみ付与ができないという問題や、下型及び上型が加熱装置のコイルと干渉しやすいなどの問題点を有している。
さらに、上記「丸棒の熱間横圧縮試験」の材料加熱圧縮装置においては、前記加熱装置として、中心が水平方向を向くコイル状の電磁誘導加熱装置を用いており、試験片の軸方向長さの自由度が小さく、大ひずみ付与ができないという問題や、下型及び上型が加熱装置のコイルと干渉しやすいなどの問題点を有している。
日鉄住金テクノロジー株式会社、「熱間加工再現試験装置（サーメックマスターＺ）の紹介」、[online]、[平成２７年６月２３日検索]、インターネット〈URL:http://www.nsst.nssmc.com/kansai_div/thermecmaster.html〉
岩崎慎(Makoto IWASAKI)、外５名、「アルミニウム熱間粗圧延のセットアップのための温度・荷重予測モデル(Models for Predicting Rolling Temperature and Rollong Load in Aluminum Plate Hot Rolling Process)」、Ｒ＆Ｄ神戸製鋼技報(R&D KOBE STEEL ENGINEERING REPORTS)、第６２巻(Vol.2)、第２号(No.2)、平成２４年１０月、ｐ．２−７
神奈川県工業試験所（横浜市）(Research Institute of Kanagawa Prefecture(Yokohama-shi,Kanagawa))、田村清(Kiyoshi TAMURA)、外４名、「リング圧縮試験によるアルミニウム熱間鍛造用潤滑剤の評価」、軽金属(1993)、軽金属学会、第４３巻(Vol.43)、第１２号(No.12)、特集号、平成５年１２月、ｐ．６９８−７０３
東京大学生産技術研究所 機械系 柳本研究室（高次機能加工学、素形材工学、塑性加工学）、「丸棒の熱間横圧縮試験」、「thermec-bar.wmv」、[online]、[平成２７年７月１０日検索]、インターネット〈URL:http://www.yanlab.iis.u-tokyo.ac.jp/?post_type=material&p=781〉
東京大学生産技術研究所 機械系 柳本研究室（高次機能加工学、素形材工学、塑性加工学）、「２段圧縮試験」、「thermec-cyl.wmv」、[online]、[平成２７年７月１０日検索]、インターネット〈URL:http://www.yanlab.iis.u-tokyo.ac.jp/?post_type=material&p=782〉
本発明が解決しようとする課題は、従来の材料加熱圧縮試験装置において、（１）円柱状の試験片を立てた状態で保持することが難しいこと、（２）金属製のスプリングなどからなる保持装置によって試験片から熱が奪われ、試験片の精密な温度管理を行うことが難しく、ひいては材料の正確な熱間圧縮変形に関するデータを得られないこと、（３）放射温度計による試験片の温度測定は信頼性に劣る場合があること、（４）試験片の軸方向長さの自由度が小さく、大ひずみを付与できないことなどである。
そこで、本発明の目的は、従来の材料加熱圧縮試験装置における課題を解決し、円柱状の試験片であっても簡単かつ確実に保持でき、試験片を均一に加熱し、測定時における試験片全体の温度分布が均一に保たれていることにより、材料物性値の高精度測定を可能とする材料加熱圧縮試験装置を提供することにある。
同様に、本発明の他の目的は、円柱状の試験片を立てた状態であっても簡単かつ確実に保持でき、試験片を均一に加熱し、測定時における試験片全体の温度分布が均一に保たれていることにより、材料物性値の高精度測定を可能とする材料圧縮試験装置用の加熱試験ユニットを提供することにある。
同様に、本発明の他の目的は、円柱状の試験片を立てた状態であっても簡単かつ確実に保持でき、試験片を均一に加熱し、測定時における試験片全体の温度分布が均一に保たれていることにより、材料物性値の高精度測定を可能とする材料圧縮試験装置用の加熱試験ユニットを提供することにある。
本発明の他の目的は、熱電対からなる温度計によって試験片の温度を直接正確に測定することができる材料加熱圧縮試験装置を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、試験片軸方向長さの自由度が大きく、大ひずみを付与することができる材料加熱圧縮試験装置を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、試験片軸方向長さの自由度が大きく、大ひずみを付与することができる材料加熱圧縮試験装置を提供することにある。
本発明は、『試験片を圧縮するための下型及び上型と、試験片の周囲に配置され、試験片を非接触にて加熱するための加熱装置と、試験片の異なる側方位置から試験片に向けて接近したり離れることができる３本以上の細長い棒状の可動接触部材を有し、当該可動接触部材の端部にて試験片を側方から挟み保持したり離すことができ、かつ、保持した当該試験片を昇降させることができる保持装置と、試験片の温度を測定できる温度計と、からなり、前記下型の上方に、前記保持装置によって試験片を空中に保持し、温度管理下にて試験片を加熱することができる材料加熱圧縮試験装置。』を特徴とする。
また、本発明は、『試験片の周囲に配置され、試験片を非接触にて加熱するための加熱装置と、試験片の異なる側方位置から試験片に向けて接近したり離れることができる３本以上の細長い棒状の可動接触部材を有し、当該可動接触部材の端部にて試験片を側方から挟み保持したり離すことができ、かつ、保持した当該試験片を昇降させることができる保持装置と、試験片の温度を測定できる温度計と、からなる材料圧縮試験装置用の加熱試験ユニット。』を特徴とする。
本発明の前記保持装置の可動接触部材は、耐熱性に優れ熱伝導率の低いセラミックスからなるものであってもよい。
また、前記可動接触部材の少なくとも１本は、耐熱性に優れ熱伝導率の低いセラミックスからなり、その先端部に試験片の温度を測定できる熱電対からなる温度計を有しているものであってもよい。
また、前記可動接触部材の少なくとも１本は、耐熱性に優れ熱伝導率の低いセラミックスからなり、その先端部に試験片の温度を測定できる熱電対からなる温度計を有しているものであってもよい。
本発明の前記加熱装置は、中心が上下方向を向くコイル状の電磁誘導加熱装置であってもよい。
また、本発明の前記加熱装置と、前記保持装置と、前記温度計は、全体が同時に昇降するものであるとよい。
また、本発明の前記加熱装置と、前記保持装置と、前記温度計は、全体が同時に昇降するものであるとよい。
本発明は、上記構成を採用したことにより、円柱圧縮試験片を立てた状態であっても、可動接触部材にて簡単かつ安定して保持し、下型の直上にて空中に持ち上げ、温度計による熱管理の下、加熱装置によって非接触で加熱することができる。
そして、試験片を移動させることによる温度変化や、試験片から金型に熱が逃げ出すことによる温度変化を極力減少させることで、試験片全体の均熱を得ることができ、金属材料などの熱間変形抵抗および摩擦係数を精度良く評価するための評価試験を行うことができる。
そして、試験片を移動させることによる温度変化や、試験片から金型に熱が逃げ出すことによる温度変化を極力減少させることで、試験片全体の均熱を得ることができ、金属材料などの熱間変形抵抗および摩擦係数を精度良く評価するための評価試験を行うことができる。
本発明は、前記保持装置の可動接触部材を、耐熱性に優れ熱伝導率の低いセラミックスからなるものとすることで、試験片から熱が逃げ出すことを最小限に抑えつつ試験片の均熱を得たり、各種の材料加熱圧縮試験や冷却試験などを正確に行うことができる。
さらに、本発明は、前記可動接触部材の少なくとも１本を、耐熱性に優れ熱伝導率の低いセラミックスからなり、その先端部に試験片の温度を測定できる熱電対からなる温度計を有しているものとすることで、試験片から熱が逃げ出すことを最小限に抑えつつ、試験片の温度測定の信頼性を高めることができる。
さらに、本発明は、前記可動接触部材の少なくとも１本を、耐熱性に優れ熱伝導率の低いセラミックスからなり、その先端部に試験片の温度を測定できる熱電対からなる温度計を有しているものとすることで、試験片から熱が逃げ出すことを最小限に抑えつつ、試験片の温度測定の信頼性を高めることができる。
また、本発明の前記加熱装置を、中心が上下方向を向くコイル状の電磁誘導加熱装置とすることで、試験片軸方向長さの自由度が大きく、大ひずみを付与することができる材料加熱圧縮試験装置を提供することができる。
さらに、本発明の前記加熱装置と、前記保持装置と、前記温度計を、全体が同時に昇降するものとすることで、試験片の温度を常時把握して制御しつつ試験片を加熱し、かつ、保持装置にて上下に移動させることができ、極めて信頼性の高い試験結果を簡単かつ確実に得ることができる。
また、本発明の材料圧縮試験装置用の加熱試験ユニットは、既存の材料圧縮試験装置と組み合わせることで、上記の効果を簡単に得ることができる。
さらに、本発明の前記加熱装置と、前記保持装置と、前記温度計を、全体が同時に昇降するものとすることで、試験片の温度を常時把握して制御しつつ試験片を加熱し、かつ、保持装置にて上下に移動させることができ、極めて信頼性の高い試験結果を簡単かつ確実に得ることができる。
また、本発明の材料圧縮試験装置用の加熱試験ユニットは、既存の材料圧縮試験装置と組み合わせることで、上記の効果を簡単に得ることができる。
以下、本発明を実施するための一実施形態について、説明する。
本発明の一実施形態の材料加熱圧縮試験装置１０は、図１〜図４に示すように、試験片ＴＰを上下方向にて圧縮して変形（鍛造）させるために、材料圧縮試験装置を構成する円柱状の下型１と、その上方に配置された円柱状の上型２を有している。
前記材料圧縮試験装置としては、上型２を昇降させる速度と、下型１及び上型２の間に加えられる力の大きさとを制御又は測定できる市販の圧縮装置を用いることができる。
本発明の一実施形態の材料加熱圧縮試験装置１０は、図１〜図４に示すように、試験片ＴＰを上下方向にて圧縮して変形（鍛造）させるために、材料圧縮試験装置を構成する円柱状の下型１と、その上方に配置された円柱状の上型２を有している。
前記材料圧縮試験装置としては、上型２を昇降させる速度と、下型１及び上型２の間に加えられる力の大きさとを制御又は測定できる市販の圧縮装置を用いることができる。
前記下型１の周囲にはベルト状のヒーター１ａが装着されて下型１を加熱できるようになっている。また、前記下型１の上面部には、その表層から１ｍｍ間隔で３つの測温箇所１ｂが形成されている。
前記上型２の下面部にも１つの測温箇所２ｂが形成されている。
そして、それらの測温箇所１ｂ，２ｂは、熱電対から構成されており、前記下型１は、フィードバック温度制御による温度管理が可能となっている。
前記上型２の下面部にも１つの測温箇所２ｂが形成されている。
そして、それらの測温箇所１ｂ，２ｂは、熱電対から構成されており、前記下型１は、フィードバック温度制御による温度管理が可能となっている。
材料加熱圧縮試験装置１０の加熱装置として、前記下型１及び上型２の間において、それらの外径より１０ｍｍ程度大きい内径を有し、中心が上下方向を向くコイル状の電磁誘導加熱装置３が配置されている。
そして、この電磁誘導加熱装置３により、前記下型１の上方において試験片ＴＰを非接触にて加熱することができるようになっている。
そして、この電磁誘導加熱装置３により、前記下型１の上方において試験片ＴＰを非接触にて加熱することができるようになっている。
前記材料加熱圧縮試験装置１０は、前記下型１及び上型２の中心位置を中心として互いに１２０度離間した、試験片ＴＰの異なる側方位置から、試験片ＴＰに向けて接近したり離れることができる３本の細長い棒状の可動接触部材４を有している。
これらの可動接触部材４としては、試験片ＴＰから熱が奪われることを意図している場合を除き、耐熱性に優れ熱伝導率の低いセラミックスからなる直径３ｍｍ程度の中実体から選択するとよい。
これらの可動接触部材４としては、試験片ＴＰから熱が奪われることを意図している場合を除き、耐熱性に優れ熱伝導率の低いセラミックスからなる直径３ｍｍ程度の中実体から選択するとよい。
可動接触部材４の素材として好適に使用できるセラミックスの具体例としては、アルミナセラミックス（アルミナ９９．５など）が好適であるが、シリカセラミックス、ジルコニアセラミックス、窒化ケイ素などであってもよい。
なお、特に試験片ＴＰから熱が奪われることを意図した試験を行う場合には、棒状又は板状であって、熱伝導率の高い金属製の可動接触部材４を用いることもできる。
なお、特に試験片ＴＰから熱が奪われることを意図した試験を行う場合には、棒状又は板状であって、熱伝導率の高い金属製の可動接触部材４を用いることもできる。
さらに、図３に示すように、細長い棒状の可動接触部材１４として、耐熱性に優れ熱伝導率の低い筒状のセラミックスからなり、その先端部に試験片ＴＰの温度を測定できる熱電対１７からなる温度計を有しているものを用いてもよい。
なお、筒状の前記可動接触部材１４の内部には、熱電対１７からの導線１７ａを通すことができる。
なお、筒状の前記可動接触部材１４の内部には、熱電対１７からの導線１７ａを通すことができる。
前記各可動接触部材４は、エアシリンダー５のシャフト６の先端部に固定されたスリーブ６ａに一端部が挿通された後、スリーブ６ａに装着したネジ６ｂを用いることで、シャフト６に対して着脱可能に固定できるようになっている。
そして、前記下型１の周囲に配置された各エアシリンダー５を個別に又は同時に駆動することで、前記電磁誘導加熱装置３のコイルの隙間から前記可動接触部材４の先端部を下型１の中心に接近させたり下型の中心から離れるように動かすことができ、それにより、当該可動接触部材４の端部（先端部）にて試験片ＴＰを側方から挟み保持したり離すことができるようになっている。
そして、前記下型１の周囲に配置された各エアシリンダー５を個別に又は同時に駆動することで、前記電磁誘導加熱装置３のコイルの隙間から前記可動接触部材４の先端部を下型１の中心に接近させたり下型の中心から離れるように動かすことができ、それにより、当該可動接触部材４の端部（先端部）にて試験片ＴＰを側方から挟み保持したり離すことができるようになっている。
前記下型１と隣接して配置された放射温度計７は、前記可動接触部材４によって保持された試験片ＴＰの外面温度を、前記電磁誘導加熱装置３のコイルの隙間から計測できるようにセットされている。
ここで、前記３本の可動接触部材４を保持する前記各エアシリンダー５と、前記放射温度計７は、水平に配置した鋼製の略Ｙ字形フレーム８の上に固定されており、当該略Ｙ字形フレーム８の二股状の先端部間を連結するように水平方向に固定配置された連結フレーム８ａの上には、前記電磁誘導加熱装置３が固定されている。
ここで、前記３本の可動接触部材４を保持する前記各エアシリンダー５と、前記放射温度計７は、水平に配置した鋼製の略Ｙ字形フレーム８の上に固定されており、当該略Ｙ字形フレーム８の二股状の先端部間を連結するように水平方向に固定配置された連結フレーム８ａの上には、前記電磁誘導加熱装置３が固定されている。
そして、前記略Ｙ字形フレーム８の二股状の先端部の下側に固定した昇降用エアシリンダー９を駆動することで、前記電磁誘導加熱装置３と、３本の可動接触部材４を保持する前記各エアシリンダー５と、前記放射温度計７を同時に昇降させることができるようになっている。
従って、前記可動接触部材４によって空中に保持された試験片ＴＰの温度を放射温度計７にて常時測定し、フィードバック温度制御を行いながら、可動接触部材４に保持された試験片ＴＰを下型１の上方にて昇降させることができる。
また、放射温度計７による測温点の高さを下型１の直上部分に合わせることで、下型１上に置かれた試験片ＴＰの温度を測定することができる。
従って、前記可動接触部材４によって空中に保持された試験片ＴＰの温度を放射温度計７にて常時測定し、フィードバック温度制御を行いながら、可動接触部材４に保持された試験片ＴＰを下型１の上方にて昇降させることができる。
また、放射温度計７による測温点の高さを下型１の直上部分に合わせることで、下型１上に置かれた試験片ＴＰの温度を測定することができる。
ここで、前記可動接触部材４と、前記エアシリンダー５と、略Ｙ字形フレーム８及び連結フレーム８ａと、昇降用エアシリンダー９から、本発明の保持装置Ｈが構成され、当該保持装置Ｈによって、試験片ＴＰの異なる側方位置から試験片ＴＰに向けて接近したり離れることができる３本以上の細長い棒状の可動接触部材４を有し、当該可動接触部材４の端部にて試験片ＴＰを側方から挟み保持したり離すことができ、かつ、保持した当該試験片ＴＰを昇降させることができる。
また、上記保持装置Ｈと、加熱装置としての電磁誘導加熱装置３と、温度計としての放射温度計７から、本発明の材料圧縮試験装置用の加熱ユニットＵが構成される。
次に、上記のとおり構成された材料加熱圧縮試験装置１０の使用方法について、図５に示す円柱圧縮試験片ＴＰ又はリング圧縮試験片ＴＰを用いた材料加熱圧縮試験によって得られた結果とともに説明する。
なお、ここで使用した前記円柱圧縮試験片ＴＰ及びリング圧縮試験片ＴＰの大きさ及び材質は下記のとおりである。
円柱圧縮試験片ＴＰ：
高さ１８ｍｍ、直径１２ｍｍ、高強度チタン合金（Ｔｉ合金）
リング圧縮試験片ＴＰ：
高さ７ｍｍ、外径２０ｍｍ、内径１０ｍｍ、アルミ合金（Ａ５０５２）
なお、ここで使用した前記円柱圧縮試験片ＴＰ及びリング圧縮試験片ＴＰの大きさ及び材質は下記のとおりである。
円柱圧縮試験片ＴＰ：
高さ１８ｍｍ、直径１２ｍｍ、高強度チタン合金（Ｔｉ合金）
リング圧縮試験片ＴＰ：
高さ７ｍｍ、外径２０ｍｍ、内径１０ｍｍ、アルミ合金（Ａ５０５２）
本発明を具体化した上記一実施形態の材料加熱圧縮試験装置１０によって円柱圧縮試験片ＴＰを所定温度まで加熱して圧縮する試験を行うには、まず、図４（Ａ）に示すように下型１の中央部付近にて円柱圧縮試験片ＴＰを立てた状態で下型１の上に載せる。
次に、昇降用エアシリンダー９により略Ｙ字形フレーム８の高さを変更し、電磁誘導加熱装置３のコイルの中央部に円柱圧縮試験片ＴＰが位置するように、電磁誘導加熱装置３のコイルの高さを調節する。
次に、昇降用エアシリンダー９により略Ｙ字形フレーム８の高さを変更し、電磁誘導加熱装置３のコイルの中央部に円柱圧縮試験片ＴＰが位置するように、電磁誘導加熱装置３のコイルの高さを調節する。
そして、前記エアシリンダー５を駆動することにより、前記電磁誘導加熱装置３のコイルの隙間から前記可動接触部材４の先端部を下型１の中央部方向に向けて前進させ、当該前記可動接触部材４の先端部によって円柱圧縮試験片ＴＰを挟んで保持する。
ここで、本発明の上記一実施形態の材料加熱圧縮試験装置１０において、可動接触部材４は円柱圧縮試験片ＴＰの異なる３つの側方位置から円柱圧縮試験片ＴＰに向けて接近し接触するものであるため、立てた状態の円柱圧縮試験片ＴＰであっても、簡単かつ確実に保持し、図４（Ｂ）に示すように、安定して空中に持ち上げた状態を維持することができる。
さらに、３つのエアシリンダー５を駆動して可動接触部材４を前進させるタイミングとしては、全て同時であってもよいが、円柱圧縮試験片ＴＰを置いている位置のずれ又は可動接触部材４の各先端位置のずれをストレス無く吸収して可動接触部材４によって円柱圧縮試験片ＴＰを保持するためには、２つのエアシリンダー５によって２本の可動接触部材４を先に前進させて円柱圧縮試験片ＴＰに当接させ、その後、残りの１本の可動接触部材４を円柱圧縮試験片ＴＰに当接させるように、エアシリンダー５を駆動するタイミングをずらしてもよい。
このように、エアシリンダー５の駆動タイミングをずらすことで、円柱圧縮試験片ＴＰを保持して空中に持ち上げた状態をより一層安定させて維持することができる。
このように、エアシリンダー５の駆動タイミングをずらすことで、円柱圧縮試験片ＴＰを保持して空中に持ち上げた状態をより一層安定させて維持することができる。
次に、放射温度計７によって円柱圧縮試験片ＴＰの温度を測定しながら、電磁誘導加熱装置３によって円柱圧縮試験片ＴＰを所定温度まで加熱し、円柱圧縮試験片ＴＰの温度が安定した後、昇降用エアシリンダー９により略Ｙ字形フレーム８の高さを下げ、図４（Ｃ）に示すように、下型１の上面に円柱圧縮試験片ＴＰを置く。
そして、図４（Ｄ）に示すように、可動接触部材４の先端部を後退させ、円柱圧縮試験片ＴＰから可動接触部材４を離すとともに、上型２を下げて円柱圧縮試験片ＴＰを圧縮変形させることで、図６に示すように、精度の高い熱間変形抵抗曲線に関する測定データを得た。
なお、前記円柱圧縮試験片ＴＰと、下型１及び上型２との間には、直径３０ｍｍ、厚さ０．５ｍｍの雲母板を配置して断熱を行った。
また、本発明の材料加熱圧縮試験装置１０によって高さ約４．５ｍｍまで圧縮した後の円柱圧縮試験片ＴＰの外観形状は、図７の上部右側に示すとおりであり、従来の材料加熱圧縮試験装置によって下型の上に置いて加熱した円柱圧縮試験片ＴＰを圧縮変形させた図７の上部左側に示す円柱圧縮試験片ＴＰと直径比率Ｒを比較したところ、図７の下部に示す棒グラフから明らかなとおり、著しい差があることが認められた。
このことからも、圧縮変形後の円柱圧縮試験片ＴＰの非対称性が改善されており、図６に示す熱間変形抵抗曲線に関する測定データの信頼性の高さを裏付けることができる。
また、本発明の材料加熱圧縮試験装置１０によって高さ約４．５ｍｍまで圧縮した後の円柱圧縮試験片ＴＰの外観形状は、図７の上部右側に示すとおりであり、従来の材料加熱圧縮試験装置によって下型の上に置いて加熱した円柱圧縮試験片ＴＰを圧縮変形させた図７の上部左側に示す円柱圧縮試験片ＴＰと直径比率Ｒを比較したところ、図７の下部に示す棒グラフから明らかなとおり、著しい差があることが認められた。
このことからも、圧縮変形後の円柱圧縮試験片ＴＰの非対称性が改善されており、図６に示す熱間変形抵抗曲線に関する測定データの信頼性の高さを裏付けることができる。
なお、直径比率Ｒは、圧縮変形後の円柱圧縮試験片ＴＰの上端部の直径Ｄupperと、下端部の直径Ｄlowerの違いの大きさの程度を示すものであり、
（Ｄupper − Ｄlower）／Ｄlower の絶対値として算出される。
（Ｄupper − Ｄlower）／Ｄlower の絶対値として算出される。
同様に、本発明を具体化した上記一実施形態の材料加熱圧縮試験装置１０によってリング圧縮試験片ＴＰを所定温度まで加熱して圧縮する試験を行うには、円柱圧縮試験片ＴＰに代えてリング圧縮試験片ＴＰを下型１の上に載せ、保持装置Ｈの可動接触部材４の先端部によってリング圧縮試験片ＴＰを保持して上方へ持ち上げ、空中にて加熱し、リング圧縮試験片ＴＰが所定温度にて安定した後、下型１の上に戻して上型２による圧縮を行えばよい。
上記のように、本発明の材料加熱圧縮試験装置１０によって高さ約３．８ｍｍまで圧縮した後のリング圧縮試験片ＴＰの外観形状は、図８の上部右側に示すとおりであり、従来の材料加熱圧縮試験装置によって下型の上に置いて加熱したリング圧縮試験片ＴＰを圧縮変形させた図８の上部左側に示すリング圧縮試験片ＴＰと直径比率Ｒを比較したところ、図８の下部に示す棒グラフから明らかなとおり、著しい差があることが認められた。
なお、前記リング圧縮試験片ＴＰと、下型１及び上型２との間には、雲母板を配置していない。
なお、前記リング圧縮試験片ＴＰと、下型１及び上型２との間には、雲母板を配置していない。
本発明は、上記にて説明した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で各部の形状、配置、大きさ、数量、材質などを適宜変更して実施してもよく、例えば、可動接触部材４を配置する位置をバランスに優れた互いに１２０度等間隔にて離間した位置ではなく、９０度、１１０度、１６０度といった不等間隔にて３本または４本以上配置して実施してもよい。
また、本発明の材料圧縮試験装置用の加熱ユニットＵを使用して試験片ＴＰを空中に保持し、電磁誘導加熱装置３にて加熱することで、試験片ＴＰの放冷・熱伝達実験を行うことができる。
また、本発明の材料圧縮試験装置用の加熱ユニットＵを使用して試験片ＴＰを空中に保持し、電磁誘導加熱装置３にて加熱することで、試験片ＴＰの放冷・熱伝達実験を行うことができる。
なお、本発明は、試験片を組織凍結するために、水冷槽及びエアイジェクタを材料加熱圧縮試験装置、及び、材料圧縮試験装置用の加熱試験ユニットに追加設置して具体化して実施してもよい。
本発明は、圧延や鍛造などの塑性加工において加工に必要な荷重や摩擦を推定するために必要な金属材料などの熱間変形抵抗および摩擦係数を精度良く評価するための評価試験を行うことができる試験装置であり、熱間鍛造シミュレータとして使用することができる材料加熱圧縮試験装置、及び、材料圧縮試験装置用の加熱試験ユニットとして産業上好適に利用可能である。
１ 下型
１ａ ヒーター
１ｂ 測温箇所
２ 上型
２ｂ 測温箇所
３ コイル状の電磁誘導加熱装置
４ 可動接触部材
５ エアシリンダー
６ シャフト
６ａ スリーブ
６ｂ ネジ
７ 放射温度計
８ 略Ｙ字形フレーム
８ａ 連結フレーム
９ 昇降用エアシリンダー
１０ 材料加熱圧縮試験装置
１４ 可動接触部材
１７ 熱電対（温度計）
１７ａ 導線
Ｈ 保持装置（４，５，６，６ａ，６ｂ，８，８ａ，９）
Ｕ 材料圧縮試験装置用の加熱試験ユニット（Ｈ，３，７）
ＴＰ 円柱圧縮試験片、リング圧縮試験片
１ａ ヒーター
１ｂ 測温箇所
２ 上型
２ｂ 測温箇所
３ コイル状の電磁誘導加熱装置
４ 可動接触部材
５ エアシリンダー
６ シャフト
６ａ スリーブ
６ｂ ネジ
７ 放射温度計
８ 略Ｙ字形フレーム
８ａ 連結フレーム
９ 昇降用エアシリンダー
１０ 材料加熱圧縮試験装置
１４ 可動接触部材
１７ 熱電対（温度計）
１７ａ 導線
Ｈ 保持装置（４，５，６，６ａ，６ｂ，８，８ａ，９）
Ｕ 材料圧縮試験装置用の加熱試験ユニット（Ｈ，３，７）
ＴＰ 円柱圧縮試験片、リング圧縮試験片
Claims (6)
- 試験片を圧縮するための下型及び上型と、
試験片の周囲に配置され、試験片を非接触にて加熱するための加熱装置と、
試験片の異なる側方位置から試験片に向けて接近したり離れることができる３本以上の細長い棒状の可動接触部材を有し、当該可動接触部材の端部にて試験片を側方から挟み保持したり離すことができ、かつ、保持した当該試験片を昇降させることができる保持装置と、
試験片の温度を測定できる温度計と、
からなり、
前記下型の上方に、前記保持装置によって試験片を空中に保持し、温度管理下にて試験片を加熱することができる材料加熱圧縮試験装置。 - 前記保持装置の可動接触部材は、耐熱性に優れ熱伝導率の低いセラミックスからなるものであることを特徴とする請求項１に記載の材料加熱圧縮試験装置。
- 前記可動接触部材の少なくとも１本は、耐熱性に優れ熱伝導率の低いセラミックスからなり、その先端部に試験片の温度を測定できる熱電対からなる温度計を有していることを特徴とする請求項１又は２に記載の材料加熱圧縮試験装置。
- 前記加熱装置は、中心が上下方向を向くコイル状の電磁誘導加熱装置であることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の材料加熱圧縮試験装置。
- 前記加熱装置と、前記保持装置と、前記温度計は、全体が同時に昇降するものであることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の材料加熱圧縮試験装置。
- 試験片の周囲に配置され、試験片を非接触にて加熱するための加熱装置と、
試験片の異なる側方位置から試験片に向けて接近したり離れることができる３本以上の細長い棒状の可動接触部材を有し、当該可動接触部材の端部にて試験片を側方から挟み保持したり離すことができ、かつ、保持した当該試験片を昇降させることができる保持装置と、
試験片の温度を測定できる温度計と、
からなる材料圧縮試験装置用の加熱試験ユニット。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP2015146408A JP6497586B2 (ja) | 2015-07-24 | 2015-07-24 | 材料加熱圧縮試験装置 |
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Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6250639A (ja) * | 1985-08-29 | 1987-03-05 | Shimadzu Corp | 高温・低温引張り試験機 |
| JP2015013312A (ja) * | 2013-07-08 | 2015-01-22 | 株式会社日立製作所 | 熱間鍛造プロセス評価システムおよび製造物 |
-
2015
- 2015-07-24 JP JP2015146408A patent/JP6497586B2/ja active Active
Patent Citations (2)
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