JP5024764B2 - 水素ガス中疲労試験方法 - Google Patents
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Description
第1の発明は、水素を含有しない試験片又は水素を含有する試験片の水素ガス雰囲気中における疲労試験方法であって、前記試験片に形成されているき裂が進展する所定の応力振幅、所定の繰返し速度、及び所定の繰返し数からなる第1の条件で、前記水素ガス雰囲気中の前記試験片に荷重を加える第1の加荷重ステップと、前記き裂が進展する所定の応力振幅、所定の繰返し速度、及び所定の繰返し数からなり、前記第1の条件と少なくとも繰返し速度が異なる第2の条件で、前記水素ガス雰囲気中の前記試験片に加重を加える第2の加荷重ステップと、を相互に繰り返し、前記繰返し速度の変化に伴って、前記試験片中の水素が前記き裂の進展に及ぼす影響が異なり、これにより疲労破面の様相が異なるという現象に基づいて、前記第1の条件下で進展した第1のき裂長さ及び前記第2の条件下で進展した第2のき裂長さを各々特定することを特徴とする。
まず、試験片に含有される水素が疲労き裂の進展に及ぼす影響について説明する。
水素は、金属材料中に侵入し、材料の静的強度や疲労強度を低下させることが知られている(例えば、上記非特許文献1、2)。本発明の発明者等は、次の実験を行い、試験片に含まれる水素がどのように疲労き裂の進展速度に影響するかを確認した。
使用した材料は、オーステナイト系ステンレス鋼SUS304、SUS316、及びSUSU316L(A)(以下、単にSUSU316Lという。)である。SUS304、SUS316、及びSUSU316Lは、溶体化処理を行ったものを用いた。図2(a)には、試験片の形状を図示している。試験片の表面は、エメリー紙で#2000まで研磨した後、バフ研磨により仕上げたものである。各試験片に関して、以下に示す水素チャージしたものと、水素チャージしていないものを双方準備する。
水素チャージは、陰極チャージ法によって行った。水素チャージの条件は、pH=3.5の硫酸水溶液、白金陽極、電流密度i=27A/m2である。溶液温度が50℃(323K)の場合は、672時間(4週間)、温度が80℃(353K)の場合は、336時間(2週間)の水素チャージを行った。硫酸水溶液は、蒸発による硫酸濃度の変化を小さくするために、1週間ごとに交換した。
疲労試験は、繰返し速度0.0015〜5Hz、応力比R=−1で行った。繰返し速度は疲労試験中に試験部表面温度が60℃を超えないように調節した。レプリカ法により疲労き裂を観察するとともに疲労き裂の長さの測定を行った。
図5及び図6に示した実験結果から、水素チャージされているか否かにかかわらず、試験片の水素含有量が一定以上であれば(本例では2.6質量ppm程度)、疲労き裂進展速度に影響を与えることを確認した。また、繰返し速度が遅いほど、疲労き裂進展速度が速くなることを確認した。これを踏まえつつ、以下では本発明について具体例を用いて説明する。
以下、本発明に係る疲労試験方法を図面に従って説明する。まず図7を用いて、本発明の疲労試験方法の概要について説明し、次に図8〜図11を用いて本発明の疲労試験方法を適用した試験例について説明する。
次に図8を用いて、本発明の疲労試験方法を水素ガス雰囲気中で適用した試験例について説明する。ここで用いる試験片は水素チャージを行ったSUS304である。各試験片の中央表面には、予め長さが2a=245μmのき裂を形成している。本疲労試験は水素雰囲気中で行う。
次に図9〜図10を用いて、本発明の疲労試験方法を大気中(酸化雰囲気中)で適用した試験例について説明する。ここで用いる試験片は水素チャージを行ったSCM435である。
Claims (4)
- 水素を含有しない試験片又は水素を含有する試験片の水素ガス雰囲気中における疲労試験方法であって、
前記試験片に形成されているき裂が進展する所定の応力振幅、所定の繰返し速度、及び所定の繰返し数からなる第1の条件で、前記水素ガス雰囲気中の前記試験片に荷重を加える第1の加荷重ステップと、
前記き裂が進展する所定の応力振幅、所定の繰返し速度、及び所定の繰返し数からなり、前記第1の条件と少なくとも繰返し速度が異なる第2の条件で、前記水素ガス雰囲気中の前記試験片に加重を加える第2の加荷重ステップと、
を相互に繰り返し、
前記繰返し速度の変化に伴って、前記試験片中の水素が前記き裂の進展に及ぼす影響が異なり、これにより疲労破面の様相が異なるという現象に基づいて、前記第1の条件下で進展した第1のき裂長さ及び前記第2の条件下で進展した第2のき裂長さを各々特定することを特徴とする疲労試験方法。 - 水素を含有しない試験片又は水素を含有する試験片の水素ガス雰囲気中における疲労試験方法であって、
前記試験片に形成されているき裂が進展する所定の応力振幅、所定の繰返し速度、及び所定の繰返し数からなる第1の条件で、前記水素ガス雰囲気中の前記試験片に荷重を加える第1の加荷重ステップと、
前記き裂が進展する所定の応力振幅、所定の繰返し速度、及び所定の繰返し数からなり、前記第1の条件と少なくとも繰返し速度が異なる第2の条件で、前記水素ガス雰囲気中の前記試験片に加重を加える第2の加荷重ステップと、
を相互に繰り返し、
前記第1の加荷重ステップと前記第2の加荷重ステップとを相互に繰り返す期間内は、前記試験片を前記水素ガス雰囲気中に留め置き、
前記繰返し速度の変化に伴って、前記試験片中の水素が前記き裂の進展に及ぼす影響が異なり、これにより疲労破面の様相が異なるという現象に基づいて、前記第1の条件下で進展した第1のき裂長さ及び前記第2の条件下で進展した第2のき裂長さを各々特定することを特徴とする疲労試験方法。 - 請求項1又は2に記載した疲労試験方法であって、
前記第2の条件は、前記第1の条件と応力振幅が同一であることを特徴とする疲労試験方法。 - 請求項1ないし3から選択される1項に記載した疲労試験方法であって、
特定された前記第1のき裂長さ及び前記第1の条件に基づいて、当該第1の条件下における応力拡大係数及びき裂進展速度の関係を示す第1の疲労き裂進展曲線を取得すると共に、
特定された前記第2のき裂長さ及び前記第2の条件に基づいて、当該第2の条件下における応力拡大係数及びき裂進展速度の関係を示す第2の疲労き裂進展曲線を取得することを特徴とする疲労試験方法。
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