JP4733159B2 - 降伏応力測定法 - Google Patents

Description

本発明は、試料の降伏応力を測定する降伏応力測定法に関する。

従来の降伏応力測定法は、試料の降伏応力を試料の引張試験によって求めるのを普通としている。
ＪＩＳ規格B7721、Z2201、Z2241

試料の降伏応力を試料の引張試験によって求める従来の降伏応力測定法の場合、試料として、引張試験用のものを用意する必要があるのは致し方ないとしても、その試料を短時間で用意するのが容易であるとは言えないとともに、試料の引張試験を短時間で行うことができるとは言えないことから、試料の降伏応力を短時間で容易に求めることができるとは言えないという欠点を有していた。

よって、本発明は、上述した欠点のない新規な降伏応力測定法を提案せんとするものである。

本発明による降伏応力測定法は、試料に、平面でなる先端面を有する柱形圧子でなる圧子を、試料が弾性変形し次で弾塑性変形するように、荷重をかけて押し込んで、試料に圧痕を付し、その際における、圧子の試料への押し込み荷重とその押し込み荷重における圧痕の深さとからなる押し込み荷重・圧痕深さデータを取得し、その押し込み荷重・圧痕深さデータから、それを用いて描くことができる押し込み荷重−圧痕深さ特性線上の変曲点における押し込み荷重を、変曲点応力σ_ｉとして演算により求め、その変曲点応力σ_ｉを用いて、σ_ｙ＝a×σ_ｉ−b （ただし、a＝7.9〜8.3、b＝260〜310 ）で表される応力σ_ｙを、目的とする試料の降伏応力として演算により求める。

本発明による降伏応力測定法によれば、試料に係る押し込み荷重・圧痕深さデータを、それ自体公知の、ただし平面でなる先端面を有する柱形圧子を用いたロックウェル硬さ試験機を用いて、短時間に容易に取得することができるとともに、その押し込み荷重・圧痕深さデータから変曲点応力σ_ｉを求めること、及びその変曲点応力σ_ｉから目的とする試料の降伏応力を求めることが、データ処理装置を用いて、短時間に容易に行うことができるので、試料の降伏応力を短時間に容易に得ることができる。

本発明による降伏応力測定法を実施するための最良の形態においては、それ自体公知の、ただし平面でなる先端面を有する柱形圧子でなる圧子を用いたロックウェル硬さ試験機を用いて、試料に圧子を試料が弾性変形し次で弾塑性変形するように荷重をかけて押し込んで試料に圧痕を付し、その際における圧子の試料への押し込み荷重とその押し込み荷重における試料に付された圧痕の深さとからなる押し込み荷重・圧痕深さデータを取得し、その押し込み荷重・圧痕深さデータから、演算により、目的とする試料の降伏応力を求める。

本発明による降伏応力測定法の実施例においては、それ自体公知のロックウェル硬さ試験機を用いる。そのロックウェル硬さ試験機としては、図１において略線的にＵで示すように、上下方向に延長している支持用筐体１ａと、その下部から横方向に延長している下部筐体１ｂと、支持用筐体１ａの上部から横方向に下部筐体１ｂと対向して延長している上部筐体１ｃと、下部筐体１ｂ内から下部筐体１ｂ外上方に延長している昇降軸２と、その昇降軸２の遊端に取りつけられ且つ水平面上に延長している試料載置面３ａを有する試料載置台３と、上部筐体１ｃ内から上部筐体１ｃ外に下方に上下可動自在に延長している圧子４と、その圧子４を試料載置台３の試料載置面３ａ上に載置された試料５に押し込む圧子押し込み手段６と、その圧子押し込み手段６によって圧子４を試料５に押し込んだ際の荷重を押し込み荷重Ｐとして測定する押し込み荷重測定手段７と、圧子押し込み手段６によって圧子４を試料５に押し込んだ際に試料５に圧子４によって付された圧痕の深さを圧痕深さλとして測定する圧痕深さ測定手段８とを有する。

本発明による降伏応力測定法の実施例においては、上述したそれ自体公知のロックウェル硬さ試験機Ｕを用い、試料５に、圧子４を、試料５が弾性変形し次で弾塑性変形するように荷重をかけて押し込んで、試料５に圧痕を付し、そして、その際、押し込み荷重測定手段７から、圧子４を試料５に試料が弾性変形し次で弾塑性変形するように押し込んだ際の押し込み荷重Ｐを取得するとともに、圧痕深さ測定手段８から、圧子４を試料５に試料が弾性変形し次で弾塑性変形するように押し込んだ際の試料５に圧子４によって付された押し込み荷重Ｐにおける圧痕深さλを取得することによって、押し込み荷重Ｐと圧痕深さλとからなる押し込み荷重・圧痕深さデータＤを取得する。

ただし、この場合、圧子４として、三角錐形圧子とか円錐形圧子とかの圧子とは異なる、先端面４ａが平面でなる柱形圧子を用い、また、試料５として、平らな底面５ａとそれと平行な平らな上面５ｂとを有すればよいだけの例えば円柱形の試料を用い、そして、柱形圧子でなる圧子４を、圧子押し込み手段６によって、試料５に、柱形圧子でなる圧子４の平面でなる先端面４ａを試料５の平らな上面５ｂと平行である関係を保たせながら、荷重を時間とともに増加するようにかけて押し込むことで、試料５に柱形圧子でなる圧子４の圧痕を付すようにする。

また、この場合、試料５は、焼鈍によって予め加工履歴が除去され且つ均質化が施されているのが、目的とする試料５の降伏応力をより高い精度で求めることができる意味で、望ましい。

ここで、上述したようにして、それ自体公知のロックウェル硬さ試験機を用いて取得した、押し込み荷重Ｐと圧痕深さλとかななる押し込み荷重・圧痕深さデータＤについて述べるに、その押し込み荷重・圧痕深さデータＤについては、それを用いて、縦軸を押し込み荷重Ｐ、横軸を圧痕深さλとする押し込み荷重Ｐ−圧痕深さλ特性線を描くことができることは明らかであるが、ここで注意すべきは、押し込み荷重・圧痕深さデータＤを、試料５に、三角錐形圧子とか円錐形圧子とかの圧子とは異なる、平面でなる先端面４ａを有する柱形圧子でなる圧子４を、上述したようにして押し込むことで取得していることから、その際、試料５が、押し込み荷重Ｐを時間とともに増加するのに応じて、まず弾性変形し、次で弾塑性変形するという理由で、押し込み荷重Ｐ−圧痕深さλ特性線が、図２において、Ｍで示すように、押し込み荷重Ｐが時間とともに増加するのに応じて、圧痕深さλがまず線形（直線性）を呈して増加する線形部Mａを呈し、次で非線形を以って増加する非線形部Mｂを呈し、そして、それら線形部Mａ及び非線形部Mｂ間に変曲点Ｑがみられる、というものとして得られ、このため、いま述べた押し込み荷重Ｐ−圧痕深さλ特性線Ｍ上の変曲点Ｑにおける荷重を変曲点荷重Ｐ_Ｑとし、また、試料５の降伏応力を降伏応力σ_yとするとき、変曲点荷重Ｐ_Ｑと降伏応力を降伏応力σ_yとの間に、後記するところから明らかなように、一義的な相関を有していることであり、以上のことは、本発明者等によって、種々の実験の結果、はじめて確認されたものである。

以上のことから、本発明による降伏応力測定法の実施例においては、それ自体公知のロックウェル硬さ試験機Ｕを用いて上述したようにして取得した押し込み荷重Ｐと圧痕深さλとからなる押し込み荷重・圧痕深さデータＤを、図１に示すように、データ処理装置９に出力し、そのデータ処理装置９において、その押し込み荷重・圧痕深さデータＤから、図２を伴って上述したように描くことができる押し込み荷重Ｐ−圧痕深さλ特性線Ｍ上の上述した線形部Ｍａと非線形部Ｍｂとの間の変曲点Ｑにおける荷重でなる変曲点荷重Ｐ_Ｑを、変曲点応力σ_ｉとして演算により求める。

なお、データ処理装置９については、上述した変曲点応力σ_ｉを求めることができる構成を有すればよく、そして、データ処理装置９をそのような構成を有するものとすることについては、当業者にとって容易であることは明らかであるので、データ処理装置９の構成について、これ以上の詳細説明は省略する。

ここで、上述したようにして、データ処理装置９において求めた変曲点応力σ_ｉについては、その変曲点応力σ_ｉが、前述したように、押し込み荷重Ｐ−圧痕深さλ特性線Ｍ上の変曲点Ｑにおける変曲点荷重Ｐ_Ｑによる応力であることから、試料５の降伏応力σ_yとの間に、一義的な相関を有するが、ここで、注意すべきは、その一義的な相関は、データ処理装置９において求めた変曲点応力σ_ｉを変数とし、ａを7.9〜8.3の値を有する係数とし、ｂを260〜310の値を有する定数とするとき、試料５の降伏応力が、
σ_ｙ＝a×σ_ｉ−b ………（１）
で表される一次関数でなる応力σ_ｙで表すことができる、ということであり、そして、そのことは、本発明者等によって、種々の実験の結果、はじめて確認されたものである。

以上のことから、本発明による降伏応力測定法の実施例においては、データ処理装置９において、上述したようにして求めた押し込み荷重Ｐ−圧痕深さλ特性線Ｍ上の変曲点Ｑにおける変曲点荷重Ｐ_Ｑでなる変曲点応力σ_ｉを用いて、
σ_ｙ＝a×σ_ｉ−b （ただし、ａ＝7.9〜8.3、ｂ＝260〜310） ………（２）
で表される応力σ_ｙを、目的とする試料５の降伏応力として、演算により求める。

なお、データ処理装置９については、（２）式の演算処理も行うことができる構成を有すればよいことは明らかであるが、データ処理装置９をそのような構成を有するものとすることについても、当業者にとって容易であることは明らかであるので、データ処理装置９の構成について、これ以上の詳細説明は省略する。

上述したところから明らかなように、本発明による降伏応力測定法の実施例によれば、試料５に係る押し込み荷重・圧痕深さデータＤを、それ自体公知の、ただし平面でなる先端面４ａを有する柱形圧子４を用いたロックウェル硬さ試験機Ｕを用いて、短時間で容易に取得することができるとともに、その押し込み荷重・圧痕深さデータＤから変曲点応力σ_ｉを求めること及びその変曲点応力σ_ｉから目的とする試料の降伏応力σ_ｙを求めることが、データ処理装置９を用いて、短時間で容易に行うことができるので、試料５の降伏応力を短時間で容易に得ることができる。

本発明による降伏応力測定法は、試料の降伏応力を求めるにつき、引張試験によるのに代え、広く利用し得る。

本発明による降伏応力測定法の実施例を示す略線図である。 本発明による降伏応力測定法の実施例の説明に供する、押し込み荷重Ｐ−圧痕深さλ特性図である。

符号の説明

１ａ 支持用筐体
１ｂ 下部筐体
１ｃ 上部筐体
２ 昇降軸
３ 試料載置台
３ａ 試料載置面
４ 圧子
４ａ 先端面
５ 試料
６ 圧子押し込み手段
７ 押し込み荷重測定手段
８ 圧痕深さ測定手段
９ データ処理装置
Ｕ ロックウェル硬さ試験機

Claims (1)

1. 試料に、平面でなる先端面を有する柱形圧子でなる圧子を、上記試料が弾性変形し次で弾塑性変形するように、荷重をかけて押し込んで、上記試料に圧痕を付し、
   その際における、上記圧子の上記試料への押し込み荷重とその押し込み荷重における上記圧痕の深さとからなる押し込み荷重・圧痕深さデータを取得し、
   その押し込み荷重・圧痕深さデータから、それを用いて描くことができる押し込み荷重−圧痕深さ特性線上の変曲点における押し込み荷重を、変曲点応力σ_ｉとして演算により求め、
   その変曲点応力σ_ｉを用いて、
   σ_ｙ＝a×σ_ｉ−b （ただし、a＝7.9〜8.3、b＝260〜310 )
   で表される応力σ_ｙを、目的とする上記試料の降伏応力として演算により求めることを特徴とする降伏応力測定法。

Images