JP2720725B2 - クリープ試験方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、通常速度と超極低速度
で試験片を負荷してクリープ試験を行うクリープ試験方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】一対のねじ棹でクロスヘッドを昇降さ
せ、クロスヘッドとテーブルとの間で試験片を負荷する
引張あるいは圧縮材料試験機では、ねじ棹の回転速度を
調節して負荷速度を制御する。従来から知られているこ
の種の材料試験機の最低制御速度は５×１０^-5ｍｍ／ｍ
ｉｎ程度である。この最低制御速度は、ねじ棹駆動源で
ある電動機とこの電動機の回転出力を減速してねじ棹に
伝達する減速機の性能によって主に決定される。

【０００３】材料の評価試験としてクリープ試験が従来
から行なわれているが、一定の重錐を長期間にわたり試
験片に負荷し続けて試験片の伸びを測定する試験方法で
あり、試験終了までに１月〜数年かかることもある。そ
こで、試験期間を短縮することを目的として、上述した
引張り材料試験機を用いてクリープ試験と等価の試験を
行なうことがある。この場合、試験片の比例限度近傍の
負荷状態までは通常速度（たとえば１ｍｍ／ｍｉｎ程
度）で試験片を負荷し、比例限度近傍からは上述した最
低制御速度である５×１０^-5ｍｍ／ｍｉｎ程度の極低速
度で試験片を負荷する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】クリープ試験機による
負荷速度は５×１０^-5〜５×１０^-8ｍｍ／ｍｉｎ程度と
いわれているが、従来のねじ棹式材料試験機で５×１０
^-5ｍｍ／ｍｉｎ未満の速度制御は困難であり、材料によ
っては、このような疑似的なクリープ試験で採取したデ
ータでは真のクリープ試験で得たデータと等価に評価で
きないおそれもあった。

【０００５】本発明の目的は、従来の最低制御負荷速度
といわれている５×１０^-5ｍｍ／ｍｉｎよりも遅い速度
制御を可能にして信頼性あるデータを採取するようにし
たクリープ試験方法を提供するにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明に係るクリープ試
験方法は、互いに離接する離接部材間で負荷機構により
試験片を負荷し、この試験片に対してクリープ試験を行
うクリープ試験方法に適用され、試験片の比例限度近傍
まで試験片を負荷し、その後、少なくとも一方の離接部
材と試験片との間に設けられ、熱変形して試験片を負荷
する熱変形部材に温度変化を与えることにより、熱変形
部材を熱変形させて試験片の比例限度まで負荷すること
により上記目的を達成する。

【０００７】

【作用】本発明のクリープ試験方法によれば、まず試験
片が比例限度近傍まで負荷され、その後熱変形部材に温
度変化を付与して熱変形部材を熱変形させ、試験片を負
荷する。熱変形部材の熱変形量は小さいから、負荷機構
による最低制御速度よりも遅い負荷速度によりクリープ
試験を行うことができる。

【０００８】

【実施例】図１は本発明によるクリープ試験方法を実施
するための材料試験機の一実施例を示している。図１に
おいて、符号１０は試験機本体を示している。試験機本
体１０は、基台１１と、基台１１上に固定された固定テ
ーブル１２と、基台１１上に固定テーブル１２を貫通し
て各々回転可能に立設された一対のねじ棹１３と、ねじ
棹１３の上端を支持するクロスヨーク１４と、一対のね
じ棹１３に各々に螺合する送りナット１５が装着され、
固定テーブル１２と相対向するクロスヘッド１６とを有
している。

【０００９】ねじ棹１３は、基台１１内に配置された電
動機１７と不図示の減速装置を介して駆動連結され、電
動機１７により正逆回転駆動される。クロスヘッド１６
の下底面部にはロードセル１８のアウタケース１９が固
定装着されており、ロードセル１８の受感ロッド２０に
は上部つかみ具２１が下向きに固定連結されている。固
定テーブル１２上には熱変形ボックス２２がその下部フ
ランジ部２３にてボルト２４により固定されている。

【００１０】熱変形ボックス２２は、適当な熱膨張係数
を有する金属等の材料により中空箱体に構成され、温度
変化により固有の熱膨張係数をもって熱変形し、この熱
変形ボックス２２の上部には下部つかみ具２５が上向き
に固定連結されている。熱変形ボックス２２にはボック
ス内部空間２７に連通する温風供給ポート２８と冷風供
給ポート２９と排気ポート３０とが形成されている。

【００１１】温風供給ポート２８は、空気通路３１、制
御弁３２、空気通路３３を介して温風供給装置３４と連
通接続され、温風供給装置３４より温風を供給される。
温風供給装置３４は、ブロワ３５、ヒータ３６を含み、
所定温度の温風を発生する。冷風供給ポート２９は、空
気通路３７、制御弁３８、空気通路３９を介して冷風供
給装置４０と連通接続され、冷風供給装置４０より冷風
を供給される。冷風供給装置４０は、ブロワ４１、熱交
換機４２を備えた冷凍機４３を含み、所定温度の冷風を
発生する。制御弁３２と３８は、共に電磁式の開閉弁あ
るいは流量制御弁により構成され、制御装置４４により
各々個別に弁動作が制御される。

【００１２】熱変形ボックス２２の温度変化速度に対す
る負荷軸方向の線熱変形速度は試験の前に予め精度よく
実測して、図２に示すような温度変化速度と線熱変形速
度のグラフをマップとして後述する制御装置４４内のマ
イクロコンピュータに記憶しておく。この温度変化速度
に対する上下方向の線熱変形速度特性は、熱変形ボック
ス２２を構成する材料、形状、大きさ等により適宜に設
定され、たとえば１℃／ｍｉｎの温度変化速度に対して
上下方向の線熱変形速度がたとえば５×１０^-5〜５×１
０^-8ｍｍ／ｍｉｎ程度になるように設定することは、金
属等の熱膨張係数からして容易に可能である。

【００１３】制御装置４４は、マイクロコンピュータを
主体とするもので、熱変形ボックス２２のボックス内部
空間２７内に設けられた温度センサ４５より熱変形ボッ
クス温度を表わす温度信号として入力し、この温度信号
によるフィードバック制御により、熱変形ボックス２２
の温度が目標値になるように、例えば熱変形ボックス２
２の温度が１℃／ｍｉｎの温度変化速度をもって変化す
るよう、制御弁３２と３８の弁動作の操作量を決定し、
その操作指令を制御弁３２と３８の各々に出力する。

【００１４】このような材料試験機を用いて疑似クリー
プ試験を行う場合は、図示されている如く、試験片Ｐの
両端を各々上部つかみ具２１と下部つかみ具２５に把持
し、まず、電動機１７によりネジ棹１３を回転駆動させ
てクロスヘッド１６をテーブル１２より離れる方向へ上
昇させる。このクロスヘッド１６の上昇により試験片Ｐ
が引張負荷される。試験当初の負荷速度はたとえば１ｍ
ｍ／ｍｉｎ程度の通常の低速度に設定される。試験片Ｐ
の引張負荷の増加により負荷状態が試験片Ｐの比例限度
近くになると、電動機１７によるねじ棹１３の回転駆動
を停止してクロスヘッド１６をその位置に停止させ、後
述するような熱変形ボックス２２の熱変形による試験片
の負荷を開始する。各種の材料ごとに比例限度を予め記
憶しておき、マイクロコンピュータが自動的に比例限度
を判定して電動機１７を停止したり、試験結果を操作者
が記録計で監視して比例限度を判定し、操作者が手動で
電動機を停止してもよい。

【００１５】クロスヘッド１６を停止させた後、制御弁
３８を開弁して冷風供給装置４０が発生する冷風を冷風
供給ポート２９より熱変形ボックス２２のボックス内部
空間２７内に供給し、熱変形ボックス２２の温度を低下
させて熱変形ボックス２２を収縮させる。本実施例にお
いては、所望の負荷速度を制御装置４４に事前に入力す
ることにより、図２のグラフからマイクロコンピュータ
が温度変化速度を自動的に決定する。制御装置４４は、
温度センサ４５から入力される熱変形ボックス２２の温
度の時間変化を、内部の時計回路で計時される単位時間
を用いて常時監視し、例えば熱変形ボックス２２の温度
が１℃／ｍｉｎの温度変化速度をもって低下するよう、
制御弁３８の弁動作を制御する。

【００１６】熱変形ボックス２２の温度が低下し過ぎる
時には、制御弁３８が閉じられたりその開度が低減され
る。場合によっては制御弁３２の開弁が行われて温風供
給装置３４から温風がボックス内部空間２７内に供給さ
れ、熱変形ボックス２２の温度低下速度が１℃／ｍｉｎ
に保たれる。

【００１７】このように熱変形ボックス２２がたとえば
１℃／ｍｉｎの温度低下速度にて温度低下することによ
り、熱変形ボックス２２は定速度にて熱収縮変形し、こ
の熱収縮変形により下部つかみ具２５が停止状態にある
クロスヘッド１６に対して下方へたとえば５×１０^-5〜
５×１０^-8ｍｍ／ｍｉｎ程度の超極低速度にて移動する
から、試験片Ｐには５×１０^-5〜５×１０^-8ｍｍ／ｍｉ
ｎ程度の超極低速度にて変化する引張負荷が働き、信頼
性のある疑似クリープ試験が実施される。また、比例限
度近傍までは比較的早い負荷速度で試験片を負荷できる
から、疑似クリープ試験をクリープ試験に要する試験期
間よりも短くできる。

【００１８】なお、図２のグラフから所望の線熱変形速
度に基づいて操作者が温度変化速度を決定して制御装置
４４に入力してもよい。また、ねじ棹などの温度による
膨張による測定誤差を低減する目的で恒温室に材料試験
機を設置するのが望ましい。さらに、上記負荷速度５×
１０-5〜５×１０-8ｍｍ／ｍｉｎは一例であり、熱変形
部材を適宜設計することでこの範囲外の超極負荷速度を
発揮する材料試験機を構成することも可能である。した
がって、本発明はこのような速度範囲外の負荷速度を発
揮する材料試験機も当然に含まれる。

【００１９】以上の実施例の構成において、クロスヘッ
ド１６とテーブル１２が離接部材であり、ねじ棹１３と
電動機１７をも含めて負荷機構を構成する。

【００２０】本発明を実施する際には次のような変形が
可能である。 （１）熱変形ボックス２２の温度変化を無くし、熱変形
ボックス２２の温度を一定に保つことにより、試験片Ｐ
の引張負荷を微妙な値に保持することもできる。 （２）ねじ棹式以外の各種負荷機構を採用してもよい。
たとえば、復動式油圧シリンダとクロスヘッドとの間で
試験片を負荷したり、油圧ラムで昇降するテーブルとク
ロスヘッドとの間で試験片を負荷するようにしてもよ
い。 （３）熱変形ボックス２２の温度変化は、空気を媒体と
せずに、熱変形ボックス２２と直接に熱交換関係にある
冷却、冷凍装置、加熱装置により直接に与えてもよい。 （４）上述の実施例においては、温風供給装置３４が発
生する温風と冷風供給装置４０が発生する冷風とを熱変
形ボックス２２のボックス内部空間２７に個別に各々選
択的に供給することにより、熱変形ボックス２２に温度
変化が生じるように構成したが、温風供給装置３４が発
生する温風と冷風供給装置４０が発生する冷風とが所定
比率にて混合されることにより温度を定量的に制御され
た空気を熱変形ボックス２２のボックス内部空間２７に
供給するようにしてもよい。 （５）熱変形ボックスをクロスヘッド側に設けてもよ
い。 （６）熱変形ボックス２２のような中空部材でなく、熱
変形部材をたとえば中実丸棒で構成し、その外周を加熱
したり冷却して中実丸棒を熱収縮させるようにしてもよ
い。 （７）形状記憶合金を用いて熱変形部材を構成してもよ
い。 （８）２つの熱変形部材を用いて試験片を負荷するよう
に構成してもよい。 （９）以上では、熱変形部材を冷却することで試験片を
引張り、加熱することで試験片を圧縮するようにした
が、熱変形部材を冷却することで試験片を圧縮し、加熱
することで試験片を圧縮するように構成してもよい。

【００２１】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
るクリープ試験方法によれば、熱変形ボックス等による
熱変形部材の熱変形に応じて試験片が負荷されるから、
熱変形部材の温度変化制御により、たとえば疑似クリー
プ試験にて必要な５×１０^-5〜５×１０^-8ｍｍ／ｍｉｎ
程度の超極低速度で試験片を負荷できる。しかも、負荷
機構により通常速度で試験片を負荷することができ、か
つ熱変形部材により極低速度で試験片を負荷することが
できるから、超極低速度が不要な領域では通常の速度で
試験片を負荷することが可能となり、信頼性ある疑似ク
リープ試験の試験期間を短縮できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるクリープ試験方法を実施するため
の材料試験機の一実施例を示す概略構成図。

【図２】本発明によるクリープ試験方法を実施するため
の材料試験機に用いられる熱変形ボックスの温度変化速
度に対する線熱変形速度特性例を示すグラフ。

【符号の説明】

１０ 試験機本体 １１ 基台 １２ 固定テーブル １３ ねじ棹 １６ クロスヘッド １７ 電動機 １８ ロードセル ２２ 熱変形ボックス ３２ 制御弁 ３４ 温風供給装置 ３８ 制御弁 ４０ 冷風供給装置 ４４ 制御装置 ４５ 温度センサ

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 互いに離接する離接部材間で負荷機構に
   より試験片を負荷し、該試験片に対してクリープ試験を
   行うクリープ試験方法において、 前記試験片の比例限度近傍まで該試験片を負荷し、 その後、少なくとも一方の離接部材と試験片との間に設
   けられ、熱変形して前記試験片を負荷する熱変形部材に
   温度変化を与えることにより、該熱変形部材を熱変形さ
   せて前記試験片の比例限度まで該試験片を負荷すること
   を特徴とするクリープ試験方法。