JP5891914B2 - Cross test piece and test method using cross test piece - Google Patents
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本発明は、二軸変形下における材料の挙動を観察するための十字試験片および十字試験片を用いる試験方法に関する。 The present invention relates to a cross test piece and a test method using the cross test piece for observing the behavior of a material under biaxial deformation.
十字試験片は、直交する４つの腕部を介して面内で負荷を受ける十字形の試験片で、二軸変形下における材料の試験・調査のために用いられている。従来から二軸の引張応力によって十字試験片の中心部に均一なひずみを付与するために、腕部の長手方向に平行にスリットを配置することが行われている。従来用いられている十字試験片には例えば、下記非特許文献に示されているようなものがある。 The cruciform specimen is a cruciform specimen that is loaded in-plane via four orthogonal arms, and is used for testing and investigating materials under biaxial deformation. Conventionally, in order to apply a uniform strain to the center portion of the cross test piece by biaxial tensile stress, a slit is arranged in parallel to the longitudinal direction of the arm portion. Examples of conventionally used cross specimens include those shown in the following non-patent literature.
下記非特許文献１の十字型試験片は、中央部に応力測定部である６０ｍｍ×６０ｍｍの正方形領域を有し、中央部から４方に伸びる腕部には７．５ｍｍ間隔に０．２ｍｍ幅のスリットが長手方向に対して平行に複数本入っている。
The cross-shaped test piece of Non-Patent
下記非特許文献２には、クリープ試験用の十字型試験片が記載されており、非特許文献２のＦｉｇ．７を参照すると、中央の正方形領域は４２ｍｍ×４２ｍｍであり、腕部にはスリットが長手方向に対して平行に複数本入っている。
Non-Patent
下記非特許文献３には、疲労試験用の十字試験片が記載されており、中心部に付与される塑性ひずみは、１％程度である。
Non-Patent
本発明者らは、二軸変形下における材料のミクロの領域の挙動を観察するために、走査電子顕微鏡のような観察手段内に十字試験片を配置してひずみを付与し、微小領域の挙動をin-situで観察することを試みた。十字試験片で微小領域の挙動を観察するためには、十字試験片全体を小型にする必要がある。これに伴い、十字試験片の腕部も細くなる。十字試験片の腕部が細くなると、腕部の長手方向に平行にスリットを設けることは困難になる。また、腕部にスリットを設けることでは、中心部にある標点部あるいは板厚均一部に大きなひずみを均一に付与することができないことが判明した。さらに、腕部のスリットに起因して十字試験片が破断するおそれもあった。 In order to observe the behavior of the microscopic region of the material under biaxial deformation, the present inventors placed a cross specimen in an observation means such as a scanning electron microscope and applied strain to the behavior of the microscopic region. I tried to observe it in-situ. In order to observe the behavior of the micro area with the cross specimen, it is necessary to make the whole cross specimen small. Along with this, the arm part of the cross test piece also becomes thin. If the arm part of the cross test piece becomes thin, it becomes difficult to provide a slit parallel to the longitudinal direction of the arm part. Further, it has been found that providing a slit in the arm part cannot uniformly apply a large strain to the gage part or the plate thickness uniform part in the center part. Furthermore, the cross test piece may be broken due to the slit of the arm portion.
本発明は、上記課題を解決するために、標点部に大きなひずみを均一に付与することができる十字試験片、およびこの十字試験片を用いてin-situ観察が可能な材料特性評価試験方法を提供することを目的とする。 In order to solve the above-described problems, the present invention provides a cross test piece that can uniformly apply a large strain to a gage portion , and a material property evaluation test method that enables in-situ observation using the cross test piece. The purpose is to provide.
前記目的を達成するために、本発明の十字試験片は、直交する二軸の荷重を面内で受ける十字材料試験片であって、２つの荷重負荷軸が交差する中心部と、前記中心部から互いに直交する方向に延びる４本の腕部と、前記４本の腕部の付け根から前記中心部に向かって形成された半直線状のスリットであって、前記２つの荷重負荷方向のうちの１つの荷重負荷方向との成す角度θが、以下の関係
０°＜θ＜９０°
を満たす、４本のスリットと、前記中心部に設けられた板厚が均一な部分と、を有し、前記板厚が均一な部分内の前記スリット端部に囲まれた標点部の幅（ｗ）と前記試験片の腕部の幅（Ｗ）との比が、以下の関係
０．０００１≦ｗ／Ｗ≦０．７５
を満たし、前記標点部の幅（ｗ）と前記スリットの幅（Ｓ）の比、または前記標点部の幅（ｗ）と前記スリットの先端の曲率半径（ｒ）の比が、以下の関係
０．４２５≦ｗ／Ｓ≦１９．５、または０．８５≦ｗ／ｒ≦３９
を満たすことを特徴とする。
In order to achieve the above object, the cross test piece of the present invention is a cross material test piece that receives in two planes the load of two orthogonal axes in the plane, and a center portion where two load axes are intersected, and the
Meet, and four slits, said a central and the plate thickness is uniform part component provided in the portion, wherein the thickness is the gauge portion surrounded by the slit end of the uniform section min The ratio of the width (w) of the test piece to the width (W) of the arm portion of the test piece is given by the following relationship: 0.0001 ≦ w / W ≦ 0.75
And the ratio of the width (w) of the gauge part and the width (S) of the slit or the ratio of the width (w) of the gauge part and the radius of curvature (r) of the tip of the slit is as follows: Relationship 0.425 ≦ w / S ≦ 19.5, or 0.85 ≦ w / r ≦ 39
It is characterized by satisfying.
また、前記標点部は前記腕部より減厚され、前記試験片の中心部に前記腕部から前記標点部に連続する減厚部を有するようにしてもよい。 In addition, the gauge part may be thinner than the arm part, and may have a thickness-reducing part that continues from the arm part to the gauge part at the center of the test piece.
さらに、前記減厚部は前記スリットに沿って前記スリットの両側に設けられるようにしてもよい。 Further, the thickness reducing portion may be provided on both sides of the slit along the slit.
本発明の材料特性評価試験方法は、本発明の前記十字試験片を用いて、前記十字試験片に二軸荷重負荷を与えて前記十字試験片を引っ張り、前記十字試験片の標点部の表面組織の変形様態を顕微鏡内で観察する、ことを特徴とする。 The material property evaluation test method of the present invention uses the cross test piece of the present invention to apply a biaxial load to the cross test piece and pull the cross test piece, and the surface of the mark portion of the cross test piece It is characterized by observing the deformation state of the tissue with a microscope.
十字試験片の標点部に大きなひずみを均一に付与することができる。また、この十字試験片を用いてin-situ観察が可能な材料特性評価試験方法が実現できる。 A large strain can be uniformly applied to the mark portion of the cross test piece. In addition, a material property evaluation test method capable of in-situ observation can be realized using the cross specimen.
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
図１〜３は、本発明の実施形態１による十字試験片を示す図である。図１は、実施形態１の十字試験片を示す斜視図であり、図２は、実施形態１の十字試験片の平面図であり、図３は、図２の十字試験片のＡ−Ａ断面図である。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
1-3 is a figure which shows the cross test piece by Embodiment 1 of this invention. 1 is a perspective view showing the cross test piece of
十字試験片は、中心部から腕部が４方に直角に伸び、腕部の先端は外部からの力を受ける把持部となっている。図１、２に示すように、把持部１−１と腕部２−１、把持部１−２と腕部２−２、把持部１−３と腕部２−３、把持部１−４と腕部２−４を有する。各腕部２−１、２−２、２−３、２−４は同一形状で、隣接する腕部と直交している。 In the cross test piece, the arm portion extends perpendicularly in four directions from the center portion, and the tip of the arm portion is a grip portion that receives external force. As shown in FIGS. 1 and 2, the gripping part 1-1 and the arm part 2-1, the gripping part 1-2 and the arm part 2-2, the gripping part 1-3 and the arm part 2-3, and the gripping part 1-4. And arms 2-4. Each arm part 2-1, 2-2, 2-3, 2-4 is the same shape, and is orthogonal to the adjacent arm part.
実施形態１では、中心部３はひずみを付与しやすくするために、腕部２−１より中心部３の厚みが薄くなっている。そのため、腕部２−１は減厚部４−１を介して中心部３に連続する。他の腕部２−２、２−３、２−４も同様に、それぞれ減厚部４−２、４−３、４−４を介して中心部３に連続する。減厚部４−１〜４−４は曲面として形成されているが、平面であってもよい。
In the first embodiment, the thickness of the
中心部３の厚みは１０％または１０％以上削られ、中心部３の厚みは腕部の厚みの９０％以下になるようにすることが望ましい。減厚部は片面に形成されているが、両面に形成してもよく、減厚部により減厚される量は両面で異なってもよい。また、他の実施形態では、中心部３を減厚しないで、中心部３を腕部と同一の厚みをもつようにすることもできる。
It is desirable that the thickness of the
十字試験片１０には、隣接する腕部２−１と腕部２−２が交差する付け根６−１から試験片中心に向けて伸びるスリット７−１が中心部３に形成されている。スリット７−１は十字試験片１０の厚み方向に貫通している。同様に、腕部２−１と腕部２−３、腕部２−２と腕部２−４、腕部２−４と腕部２−３、の付け根６−２、６−３、６−４から試験片中心に向けて伸びるスリット７−２、７−３、７−４、が中心部３に形成されている。スリット７−２、７−３、７−４もスリット７−１と同様に、十字試験片１０の厚み方向に貫通している。スリット７−１、７−２、７−３、７−４が形成されない中央部は、ひずみを測定する標点部５である。
In the
図２を参照して、実施形態１の十字試験片の寸法の一例を説明する。図２では把持部１−１と腕部２−１について寸法を示すが、十字試験片１０は４回対称であるので、他の部分も同様である。十字試験片１０の全長ｐ１は４０ｍｍであり、十字試験片１０の中心から把持部１−１の外端までの長さｐ２は２０ｍｍである。把持部１−１の図２の上下に示す長さは５ｍｍであり、把持部の幅ｐ６は１０ｍｍである。腕部２−１の長さ（中心から把持部１−１との境界まで）ｐ３は１５ｍｍであり、腕部２−１の幅（Ｗ）ｐ７は４ｍｍである。把持部１−１と腕部２−１との間には曲率半径１．５０ｍｍがつけられている。スリット７−１の幅ｐ９は、最大で０．１５ｍｍである。標点部５の幅（ｗ）ｐ８は最大１．２０ｍｍである。スリット７−１の先端の曲率半径（Ｒ）は、０．０７５ｍｍである。スリット７−１〜７−４に先端については、円弧でなくともよく、楕円形状であっても矩形状であってもよい。またスリット幅は、例えばスリット先端に向けて徐々に小さくなるようにあるいは大きくなるように変化していてもよい。スリット幅の変化はこの例に限定されない。例えばスリット幅が段階的に変化していてもよい。
With reference to FIG. 2, an example of the dimension of the cross test piece of
図３は、図２のＡ−Ａ断面図である。十字試験片１０の中心部３は、一方の面、例えば走査電子顕微鏡による観察面ではない面が削られて、腕部２−１〜２−４に比較して厚みが薄くなっている。他方の面は腕部２−１〜２−４の面との間で段差はなく平坦である。図３の減厚部４−２、４−３から分るように、減厚部４−１〜４−４の表面は曲率半径（アール）が１ｍｍの曲面となっている。十字試験片１０の板厚ｐ１１は１．４ｍｍであり、中心部３は、０．８ｍｍの厚さが削られ、中心部３したがって標点部５の板厚ｐ１２は０．６ｍｍである。
FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG. The
実施形態１では、スリットを腕部に設けないで、引張力の負荷方向に対して斜めになるように中心部に設けることで、十字試験片の中心へ大きなひずみを均一に付与するようにしている。さらに、中心部の厚みを薄くすれば、より大きなひずみを中心部に付与することができる。 In the first embodiment, the slit is not provided in the arm portion, but is provided in the central portion so as to be inclined with respect to the load direction of the tensile force so as to uniformly apply a large strain to the center of the cross test piece. Yes. Furthermore, if the thickness of the central portion is reduced, a larger strain can be applied to the central portion.
図４〜７を参照して、本発明の実施形態２を説明する。
図４は、実施形態２による十字試験片の斜視図であり、図５は、実施形態２の十字試験片の平面図である。実施形態２においても、実施形態１と同じ部材、部品は、実施形態１の符号と同じ符号で示す。実施形態２の十字試験片２０は、実施形態１と同様の把持部、腕部を有する。十字試験片２０の中心部３は、実施形態１と同様に減厚されている。十字試験片２０では、十字試験片１０と同様のスリット７−１〜７−４の両側に、腕部２−１〜２−４から中心部３へ徐々に厚みが減っていく減厚部が形成される。図４に示すように、例えばスリット７−１の両側には減厚部８−１、８−８が形成されている。同様にスリット７−２、７−３、７−４の両側には、それぞれ減厚部８−２、８−３、減厚部８−４、８−５、減厚部８−６、８−７が形成されている。減厚部８−１〜８−８は曲面として形成されているが、平面であってもよい。
A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 4 is a perspective view of the cross test piece according to the second embodiment, and FIG. 5 is a plan view of the cross test piece of the second embodiment. Also in the second embodiment, the same members and parts as those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals as those of the first embodiment. The
図６は、図５のＢ−Ｂ断面を示す断面図である。図６に示されるように、スリット７−２とスリット７−３を通るＢ−Ｂ断面では、腕部２−３の減厚部８−３と、腕部２−４の減厚部８−５との間に標点部５がある。十字試験片２０においても減厚部８−１〜８−８は曲面状に形成される。十字試験片２０は、十字試験片１０に比較して、腕部２−１〜２−４の厚みが減少しない部分が標点部５により接近している。これにより十字試験片２０は十字試験片１０よりひずみが中心部に付与されやすくなっている。
6 is a cross-sectional view showing a BB cross section of FIG. As shown in FIG. 6, the slits 7-2 and the section B-B through the slit 7-3, a reduced-thickness portion 8-3 of the arms 2-3, reduction of arms 2-4
図７は、図５のＣ−Ｃ断面を示す断面図である。十字試験片２０では、腕部の板厚ｐ１１は、十字試験片１０と同じ１．４０ｍｍであるが、削られた板厚は０．４０ｍｍであり、中心部の板厚ｐ１３は１．００ｍｍである。十字試験片２０では、減厚率を低くしても中心部にひずみが付与できるので、十字試験片１０より中心部の板厚ｐ１３が大きな値になっている。十字試験片２０では、ひずみを付与する領域である標点部の幅ｐ１４は最大１．１３ｍｍとなる。十字試験片２０の標点部は、板厚が均一な中心部の中央のひし形とすることもできる。
FIG. 7 is a cross-sectional view taken along the line CC of FIG. In the
実施形態１，２のスリットは、荷重負荷方向に対して４５°の角度で形成されているが、荷重負荷方向に対してスリットのなす角度θは、０°＜θ＜９０°の関係を満たすものであればよい。二軸の荷重を受ける場合荷重負荷方向は９０°異なっているので、一方の荷重負荷方向に対してなす角度が８０°であれば、他方の荷重負荷方向に対してなす角度は１０°ということになる。スリットを荷重付加方向に４５°の角度で形成すると、２軸それぞれの方向に同じ速度で引っ張れば、材料を等２軸変形させることができる。４５°以外の角度では、２軸それぞれの方向に同じ速度で引っ張れば、中心部の長方形の長辺と短辺の比で、変形比を変化させて試験を行うことができる。 The slits of the first and second embodiments are formed at an angle of 45 ° with respect to the load direction, but the angle θ formed by the slit with respect to the load direction satisfies the relationship of 0 ° <θ <90 °. Anything is acceptable. When receiving a biaxial load, the load direction is 90 ° different, so if the angle formed with respect to one load direction is 80 °, the angle formed with respect to the other load direction is 10 °. become. If the slit is formed at an angle of 45 ° in the load application direction, the material can be deformed biaxially by pulling at the same speed in each of the two axes. At an angle other than 45 °, if the two axes are pulled at the same speed, the test can be performed while changing the deformation ratio by the ratio of the long side to the short side of the central rectangle.
図８ａ、８ｂは、実施形態の標点部とスリットとの関係を示す図である。図８ａに示すように、実施形態１の十字試験片１０は、スリット７−１〜７−４の先端に対応する頂点を有する正方形の領域が標点部５となる。十字試験片１０の標点部５の幅ｐ８は、付与される引張応力と平行な方向の辺の長さである。これに対して、実施形態２の十字試験片２０は、スリット７−１〜７−４の両側に減厚部（図４、５参照）を有するので、図８ｂに示すように、腕部から減厚する減厚部の先端に対応する頂点を有する正方形またはひし形が標点部５となる。十字試験片２０の標点部５の幅は、付与される引張応力の方向に平行な対角線の長さｐ１３である。
8a and 8b are diagrams illustrating the relationship between the gauge points and the slits of the embodiment. As shown in FIG. 8a, in the
図９は、実施形態１の十字試験片について、ひずみ量を計測するための一例を説明する図である。十字試験片１０の標点部５に、多数の微小な格子（一辺が２５μｍの正方形）からなるパターンを描写し、二軸試験前後で格子間隔を計測し十字試験片の中心に付与されたひずみ量を求め、ひずみ分布を求める。実施例２４、２７（図１１参照）のように標点部が小さく、格子パターンにより実験的に求めるのが困難な場合は、数値解析を用いて歪み分布を算出することができる。
FIG. 9 is a diagram illustrating an example for measuring the strain amount of the cross test piece of the first embodiment. Strain applied to the center of the cross test piece by drawing a pattern consisting of a large number of fine grids (squares with a side of 25 μm) on the
図１０は、ひずみ均一領域の算出を説明する図である。図１０のXstrain、Ystrainは、Ｘ軸方向に沿って取得されたひずみ量εxx、εxyを示す。本実施形態では、ひずみ誤差が±１０％までの領域をひずみ均一領域とする。例えば、中心のひずみが０．２とすると、ひずみが０．１８〜０．２２の範囲にある領域がひずみ均一領域である。図１０に示すグラフは、求められたひずみ分布に基づいて、中心からの距離と、それに対応するＸひずみとＹひずみのひずみ誤差をプロットしたものである。いずれかのひずみ誤差が０．１を超える中心からの距離をひずみ均一領域の広さを表すものとして、ひずみ均一領域の広さと標点部の幅の比（ひずみ均一領域／ｗ）を算出して、ひずみ均一度の指標とする。ひずみ均一度が大きいことは、試験片中心を含む相対的に広い領域で均一なひずみが付与されていることを示す。 FIG. 10 is a diagram for explaining the calculation of the strain uniform region. Xstrain and Ystrain in FIG. 10 indicate strain amounts εxx and εxy acquired along the X-axis direction. In this embodiment, a region where the strain error is ± 10% is set as a strain uniform region. For example, assuming that the strain at the center is 0.2, the region where the strain is in the range of 0.18 to 0.22 is the strain uniform region. The graph shown in FIG. 10 is obtained by plotting the distance from the center and the corresponding strain errors of X strain and Y strain based on the obtained strain distribution. Assuming that the distance from the center where any strain error exceeds 0.1 represents the width of the strain uniform region, calculate the ratio of the strain uniform region width to the width of the gauge point (strain uniform region / w). And an index of strain uniformity. A large strain uniformity indicates that a uniform strain is applied in a relatively wide area including the center of the test piece.
図１１〜図１５には、十字試験片の実施例の表および比較例の表を示す。 FIG. 11 to FIG. 15 show tables of examples of cross test pieces and tables of comparative examples.
図１１は、十字試験片の実施例１〜２９の形状寸法を示す表である。表における長さの単位はｍｍである。「スリットの方向」には荷重負荷方向に対するスリットの角度が記載されている。「４５°」は、図１、４に示す実施形態と同様に十字試験片の中心部に応力付与軸すなわち荷重負荷方向に対して斜め４５°にスリットが切ってあることを示す。１８°／７２°は一方の荷重方向からは１８°であり他方の荷重方向から７２°であることを示す。「Ｘ型」は、実施形態２に示すように、減厚部がスリットに沿って両側に設けられていることを示す。 FIG. 11 is a table showing the geometric dimensions of Examples 1 to 29 of the cross test piece. The unit of length in the table is mm. The “slit direction” describes the angle of the slit with respect to the load direction. “45 °” indicates that, similarly to the embodiment shown in FIGS. 1 and 4, a slit is cut at an angle of 45 ° with respect to the stress applying axis, that is, the load application direction, at the center of the cross test piece. 18 ° / 72 ° indicates 18 ° from one load direction and 72 ° from the other load direction. “X-type” indicates that the reduced thickness portion is provided on both sides along the slit as shown in the second embodiment.
「ＧＬ」は標点部すなわち標点部の幅（ｗ）を示す。「減厚率」は、腕部の厚みに対する標点部の厚みの比（％）であり、標点部の減厚率を示す。「減厚の方向」は、標点部の減厚が両面から行われているか、片面から行われているかを示す。 "GL" indicates the gauge portion, that is, the width of the target point unit (w). The “thickness reduction rate” is a ratio (%) of the thickness of the mark portion to the thickness of the arm portion, and indicates the thickness reduction rate of the mark portion. “Thickening direction” indicates whether the thickness of the gauge part is reduced from both sides or from one side.
「全長」は、十字試験片の全長を示す。「腕部の幅（Ｗ）」は、十次試験片の腕部の幅（Ｗ）を示す。「スリットの数」は、十字試験片に設けられたスリットの数を示す。実施例では、スリットは、十字試験片の中央部に設けられている。「スリット長さ」は、スリットの長手方向の長さを示す。「スリット先端曲率半径」は、スリットの先端の曲率半径を示す。 “Full length” indicates the total length of the cross specimen. “Arm width (W)” indicates the width (W) of the arm of the tenth specimen. “Number of slits” indicates the number of slits provided in the cross test piece. In the Example, the slit is provided in the center part of the cross test piece. “Slit length” indicates the length of the slit in the longitudinal direction. “Slit tip radius of curvature” indicates the radius of curvature of the tip of the slit.
ここで、図２１〜２３を参照して、実施例２３、２５、２７に対応する十字試験片を説明する。図２１は、実施形態２の変形例であり、図１１の表の実施例２３に対応する。図２１の十字試験片は、十字試験片の中心部に近い腕部２−１〜２−４の部分２−１ａ〜２−４ａの幅が狭くなっている。具体的には４ｍｍから３ｍｍに変化している。その結果、標点部５が、一辺が１．１３ｍｍの正方形領域となっている。
Here, with reference to FIGS. 21 to 23, cross test pieces corresponding to Examples 23, 25, and 27 will be described. FIG. 21 is a modification of the second embodiment and corresponds to Example 23 in the table of FIG. In the cross test piece of FIG. 21, the widths of the portions 2-1a to 2-4a of the arm portions 2-1 to 2-4 close to the center of the cross test piece are narrow. Specifically, it changes from 4 mm to 3 mm. As a result, the
図２２は、実施形態２の変形例であり、図１１の表の実施例２５に対応する。図２２の十字試験片は、腕部２−２、２−３の幅には変化がないが、腕部２−１、２−４の中心部よりの部分２−１ｂ、２−４ｂの幅が狭くなっている。腕部２−１、２−４の幅は４ｍｍであり、これらの部分２−１ｂ、２−４ｂの幅は１．１７ｍｍである。図２２の右側に記載した中心部の拡大図に示すように、スリットの角度は、一方の荷重負荷方向すなわち一方向の腕部２−１、２−４の方向からは１８°であり、他方の荷重負荷方向すなわち他方の腕部２−２、２−３の方向からは７２°となっている。十字試験片の中心部の標点部５は１．２０ｍｍ×０．４ｍｍとなる。が、標点部５の幅としては１．２０ｍｍと０．４ｍｍがある。図１１の表には標点部５の幅として０．４ｍｍが記載されている。
FIG. 22 is a modification of the second embodiment and corresponds to Example 25 in the table of FIG. The cross test piece of FIG. 22 has no change in the width of the arm portions 2-2 and 2-3, but the width of the portions 2-1b and 2-4b from the center of the arm portions 2-1 and 2-4. Is narrower. The width of the arm portions 2-1 and 2-4 is 4 mm, and the width of these portions 2-1b and 2-4b is 1.17 mm. As shown in the enlarged view of the center portion shown on the right side of FIG. 22, the angle of the slit is 18 ° from one load direction, that is, the direction of the arm portions 2-1 and 2-4 in one direction, It is 72 degrees from the load loading direction, that is, the direction of the other arm portions 2-2 and 2-3. The
図２３は、実施形態２の変形例であり、図１１の表の実施例２７に対応する。図２３の十字試験片は、腕部２−２、２−３の幅には変化がないが、腕部２−１、２−４について十字試験片の中心部に近い部分２−１ｃ、２−４ｃの幅が狭くなっている。腕部２−１、２−４の幅は４ｍｍであり、これらの部分２−１ｃ、２−４ｃの幅は０．１５ｍｍである。図２３の右側の拡大図に示すように、スリット７の角度は、一方の荷重負荷方向すなわち一方向の腕部２−１、２−４の方向からは３°であり、他方の荷重負荷方向すなわち他方の腕部２−２、２−３の方向からは８７°となっている。十字試験片の中心部の標点部５は１．２０ｍｍ×０．０５ｍｍとなるが、図１１の表には標点部の幅として０．０５ｍｍを記載している。図２３の十字試験片では減厚率９０％である。図２３の十次試験片は、腕部の幅が非常に小さくなっているが、集束イオンビーム加工装置等により製造可能である。図２２、図２３の十字試験片はともに裏面にスリットに沿って減厚部が設けられている。
FIG. 23 is a modification of the second embodiment and corresponds to Example 27 in the table of FIG. The cross test piece of FIG. 23 has no change in the width of the arm portions 2-2 and 2-3, but the portions 2-1c and 2 of the arm portions 2-1 and 2-4 that are close to the center of the cross test piece. The width of -4c is narrow. The width of the arm portions 2-1 and 2-4 is 4 mm, and the width of these portions 2-1c and 2-4c is 0.15 mm. As shown in the enlarged view on the right side of FIG. 23, the angle of the
図１２は、実施例の評価のために算出した値の表を示す図である。「ｗ／Ｗ」は、標点部の幅（ｗ）と腕部の幅（Ｗ）の比を示す。「ｗ／Ｓ」は、標点部の幅（ｗ）とスリット幅（Ｓ）の比を示す。「ｗ／ｒ」は、標点部の幅（ｗ）とスリット先端の曲率半径（ｒ）の比を示す。ｗ／Ｗ、ｗ／Ｓ、ｗ／ｒは、本発明である十字試験片を規定する指標となる。 FIG. 12 is a diagram illustrating a table of values calculated for evaluating the example. “W / W” indicates the ratio of the width (w) of the gauge part to the width (W) of the arm part. “W / S” indicates the ratio of the width (w) of the gauge part to the slit width (S). “W / r” indicates the ratio of the width (w) of the gauge part to the radius of curvature (r) of the slit tip. w / W, w / S, and w / r are indices that define the cross test piece of the present invention.
「中心への歪量（軟鋼）」は、十字試験片の材料が軟鋼であって、その中心へ付与されるひずみ量の割合を示す。「ひずみ均一領域の広さ（軟鋼）」は、軟鋼におけるひずみ均一度を示し、「均一領域／ＧＬ」すなわち「ひずみ誤差が１０％以下の領域の中心からの距離」と「標点部の幅（ｗ）」の比で表される。「中心への歪量（９８０ＭＰａ高張力鋼板）」は、十字試験片の材料が９８０ＭＰａ高張力鋼板であって、その中心へ付与されるひずみ量の割合を示す。「ひずみ均一領域の広さ（９８０ＭＰａ高張力鋼板）」は、９８０ＭＰａ高張力鋼板におけるひずみ均一度（「均一領域／ＧＬ」すなわち「ひずみ誤差が１０％以下の領域の中心からの距離」と「標点部の幅（ｗ）」の比）を示す。 “Strain amount to the center (soft steel)” indicates the ratio of the strain amount applied to the center when the material of the cross specimen is mild steel. “Strain uniform area width (mild steel)” indicates the degree of strain uniformity in mild steel. “Uniform area / GL”, that is, “distance from center of area where strain error is 10% or less” and “width of gauge part” (W) ". “Strain to center (980 MPa high-tensile steel plate)” indicates the ratio of the strain applied to the center when the material of the cross test piece is a 980 MPa high-tensile steel plate. “Strain uniform area width (980 MPa high-tensile steel plate)” is the strain uniformity (“uniform area / GL”, that is, “distance from the center of the area where the strain error is 10% or less” and “ standard ”. The ratio of the width (w) of the dot portion).
図１３、１４には、実施例と比較するための比較例を示す。表の比較例１〜３は、上記非特許文献１〜３に記載された試験片に対応する試験片の形状を示し、比較例４〜９は、図１５〜１９に示す試験片に対応する試験片の形状を示す。さらに、比較例１０は、実施形態１と同様の十字試験片であるが、腕部の幅が１．２ｍｍで、スリットを設けていないものである。比較例を示す図１３、１４の表の各列の項目は、図１１、１２の実施例の表の項目と同じであり、長さの単位もｍｍである。
13 and 14 show a comparative example for comparison with the embodiment. Comparative Examples 1 to 3 in the table show the shapes of the test pieces corresponding to the test pieces described in
図１２、図１４を参照して、実施例と比較例とを対比すると、比較例では、軟鋼の場合の中心へ付与できるひずみ量はたかだか１６％であるが、実施例ではすべて１７％以上であり、平均２５％である。例えば実施形態１に対応する実施例２１では２６％、実施形態２に対応する実施例２２では４７％に達する。９８０Ｍｐａ高張力鋼板の場合では、比較例では中心へのひずみ量はたかだか４％であるが、実施例ではすべて４．２０％以上であり、平均８．４３％である。実施例２１では８．３０％、実施例２２では１２．５０％に達する。また、比較例では、ひずみ均一領域については考慮されていないことが多いが、実施例では、すべての場合においてひずみ均一領域が確保されている。
Referring to FIGS. 12 and 14, when comparing the example and the comparative example, in the comparative example, the strain amount that can be applied to the center in the case of mild steel is at most 16%, but in the examples all are 17% or more. Yes, on average 25%. For example, in Example 21 corresponding to
適切に試験を実施するために、十字試験片の標点部に付与可能なひずみ量とひずみ均一度について、適切な指標とその範囲を決めることにより、十字試験片の形状を、所望のひずみ量とひずみ均一度を確保する形状とすることが求められる。 十字試験片を特徴付ける指標として、腕部の幅（Ｗ）に対する標点部の幅（ｗ）の比ｗ／Ｗと、スリットの先端曲率半径（r）に対する標点部５の幅（w）の比ｗ／ｒを用いることができる。
To carry out the proper testing, the uniformity and the strain gauge grantable strain amount of the cross test specimen, by determining the appropriate index and its range, the shape of the cross test specimen, the desired amount of strain And a shape that ensures strain uniformity. As an index for characterizing the cross test piece, the ratio w / W of the width (w) of the mark portion to the width (W) of the arm portion and the width (w) of the
例えば、実施形態１の十字試験片１０（実施例２１）では、腕部２−１〜２−４の幅（Ｗ）＝４ｍｍに対する標点部５の幅（ｗ）＝１．５ｍｍとの比ｗ／Ｗは、０．３０である。実施形態２の十字試験片２０（実施例２２）では、腕部２−１〜２−４の幅（Ｗ）＝４ｍｍであり、標点部５の幅（ｗ）＝１．１３ｍｍであるので、腕部の幅（Ｗ）に対する標点部５の幅（ｗ）との比ｗ／Ｗは、０．２８である。スリットの先端曲率半径（r）は実施例２１、２２ともに０．０７５ｍｍであるので、比ｗ／ｒについては、実施形態１（実施例２１）でｗ／ｒ＝１６．００、実施形態２（実施例２２）でｗ／ｒ＝１５．０７となる。
For example, in the
図１１の表によると、実施例の標点部の幅（ｗ）と腕部の幅（Ｗ）との比（ｗ／Ｗ）は、０．０００１〜０．７５の範囲に亘っている。また、実施例の標点部５の幅（ｗ）とスリットの先端曲率半径（r）の比ｗ／ｒは、０．８５〜３９の範囲に亘っている。そして、上述したように、軟鋼の場合、中心へ付与できるひずみ量は１７％以上であり、平均２５％となり、９８０Ｍｐａ高張力鋼板の場合では、中心へ付与できるひずみ量は４．２０％以上であり、平均８．４３％となる。比較例と比較すると、本発明の実施例の試験片の優秀性が分かる。
According to the table of FIG. 11, the ratio (w / W) of the width (w) of the gauge part and the width (W) of the arm part in the example ranges from 0.0001 to 0.75. Further, the ratio w / r of the width (w) of the
図１１の表から、標点部の幅（ｗ）と腕部の幅（Ｗ）との比（ｗ／Ｗ）を、０．０００１≦ｗ／Ｗ≦０．７５であり、標点部の幅（ｗ）とスリットの先端曲率半径（r）の比ｗ／ｒは、０．８５≦ｗ／ｒ≦３９である、との条件を満たすように、十字試験片を設計することが好ましい。実施例２５、２７については、幅が小さい側の値を記載しているが、それぞれの方向で、ｗ／Ｗ、ｗ／ｒは、上記条件の範囲内となっている。ｗ／Ｗについて、より好ましくは、０．０００１以上、０．４以下の条件を満たすようにする。ｗ／Ｗを０．４以下とすると、図１１の実施例から分かるように、中心部により大きなひずみを付与することができる。ｗ／ｒについて、より好ましくは、１３以上、３９以下である。ｗ／ｒを１３以上とすると、図１１の実施例からも分かるように、中心部により均一にひずみを付与することができる。 From the table of FIG. 11, the ratio of the width of the gauge portion and (w) and the arm portion of the width (W) the (w / W), a 0.0001 ≦ w / W ≦ 0.75, the gauge portion It is preferable to design the cross specimen so that the ratio w / r of the width (w) to the radius of curvature (r) of the slit tip satisfies the condition that 0.85 ≦ w / r ≦ 39. For Examples 25 and 27, values on the side with a smaller width are shown, but w / W and w / r are within the above-mentioned conditions in each direction. More preferably, w / W satisfies the condition of 0.0001 or more and 0.4 or less. When w / W is set to 0.4 or less, as can be seen from the example of FIG. 11, a larger strain can be applied to the central portion. The w / r is more preferably 13 or more and 39 or less. When w / r is set to 13 or more, as can be seen from the example of FIG. 11, strain can be uniformly applied to the central portion.
比較例１０は、実施形態１と同様の形状であるが、スリットが設けられていないので、中心へ付与するひずみ量が３％と低く、試験片としては不適である。比較例１０は、スリットがなく、ｗ／Ｗが１．００で０．７５より大きく、実施例を規定する範囲から外れる。なお、比較例１０でスリット先端の曲率半径を０．７５としたのは、腕の付け根の部分の曲率半径である。比較例９は、図２０に示されるように、本願発明のようなスリットをもたないものであるが、腕部間をスリットとして計算してもｗ／ｒが０．８４６であり、０．８５より小さく本発明の条件を満足しない。そして、ひずみ均一度も中心へ加わるひずみ量も非常に小さい。本発明の条件により不適当な十字試験片を除外することができる。
Although the comparative example 10 is the same shape as
実施例と比較例との相違を示すパラメータの一つとして、スリットの先端アール（r）に対する標点部の幅（w）との比ｗ／ｒを示したが、これに代えて、スリットの幅（S）に対する標点部の幅（w）の比ｗ／Ｓを用いることもできる。スリットの幅（S）は実測値あるいは設計値を用いることもできるが、図１２、１４の表では、スリット幅（Ｓ）は、スリット先端の曲率半径（ｒ）の２倍として算出されている。０．８５≦ｗ／ｒ≦３９に対応するｗ／Ｓによる規定の範囲は、０．４２５≦ｗ／Ｓ≦１９．５となる。より好ましくは、６．５≦ｗ／Ｓ≦１９．５である。 As one of the parameters indicating the difference between the example and the comparative example, the ratio w / r with the width (w) of the gauge part with respect to the leading edge radius (r) of the slit is shown. A ratio w / S of the width (w) of the gauge part to the width (S) can also be used. Actually measured values or designed values can be used for the slit width (S), but in the tables of FIGS. 12 and 14, the slit width (S) is calculated as twice the radius of curvature (r) of the slit tip. . The range defined by w / S corresponding to 0.85 ≦ w / r ≦ 39 is 0.425 ≦ w / S ≦ 19.5. More preferably, 6.5 ≦ w / S ≦ 19.5.
スリット幅が腕部の付け根から中心部に向けて徐々に小さく変化する十字試験片などスリット幅が決まらない場合には、曲率半径によるｗ／ｒを使用することができる。スリット先端が矩形状等で曲率半径が使用できない場合には、スリット幅によるｗ／Ｓを用いることができる。曲率半径が使用できないで、スリット幅も決まらない場合は、スリット先端近傍のスリット幅を使用することができる。 When the slit width is not determined, such as a cross test piece in which the slit width gradually changes from the base of the arm toward the center, w / r based on the radius of curvature can be used. When the slit tip is rectangular or the like and the radius of curvature cannot be used, w / S based on the slit width can be used. When the radius of curvature cannot be used and the slit width is not determined, the slit width near the slit tip can be used.
例えば、実施形態１、２の十字試験片は、全長４０ｍｍの大きさで、０．３０ｍｍあるいは０．２８ｍｍの幅の標点部すなわち標点部を備えて、標点部に試験を行うのに十分大きくかつ均一なひずみを付与することができる。したがって、材料特性を評価したい各種鋼板などの材料で本発明の十字試験片を作成すれば、従来の十字試験片では困難であった微小領域のin-situ観察を行うことができる。すなわち、各種分析機能を有する走査あるいは透過電子顕微鏡などの微小領域を観察する装置内で、例えば加熱しながら、評価したい材料で形成された十字試験片に二軸負荷を与えて、標点部の結晶方位分布あるいは転移構造などの変形様態を直接観察あるいは分析・計測することができる。
For example, the cross test piece according to the first and second embodiments, the size of the full-
上述の実施形態では、多軸応力下での材料の微小挙動を観察するための微小試験片を説明したが、実施例１６、１７に示すように、微小試験片に限らず一般的に多軸応力を付与する試験片として用いることもできる。 In the above-described embodiment, the micro test piece for observing the micro behavior of the material under multi-axial stress has been described. However, as shown in Examples 16 and 17, not only the micro test piece but generally multi-axis. It can also be used as a test piece for applying stress.
１０、２０ 十字試験片
１−１〜１−４ 把持部
２−１〜２−４ 腕部
３ 中央部
４−１〜４−４、８−１〜８−８ 減厚部
５ 標点部
６−１〜６−４ 付け根
７−１〜７−４ スリット
10, 20 cross specimens 1-1 to 1-4
Claims (4)
２つの荷重負荷軸が交差する中心部と、
前記中心部から互いに直交する方向に延びる４本の腕部と、
前記４本の腕部の付け根から前記中心部に向かって形成された半直線状のスリットであって、前記２つの荷重負荷方向のうちの１つの荷重負荷方向との成す角度θが、以下の関係
０°＜θ＜９０°
を満たす、４本のスリットと、
前記中心部に設けられた板厚が均一な部分と、を有し、
前記板厚が均一な部分内の前記スリット端部に囲まれた標点部の幅（ｗ）と前記試験片の腕の幅（Ｗ）との比が、以下の関係
０．０００１≦ｗ／Ｗ≦０．７５
を満たし、
前記標点部の幅（ｗ）と前記スリットの幅（Ｓ）の比、または前記標点部の幅（ｗ）と前記スリットの先端の曲率半径（ｒ）の比が、以下の関係
０．４２５≦ｗ／Ｓ≦１９．５、または０．８５≦ｗ／ｒ≦３９
を満たすことを特徴とする十字試験片。 A cross-material test piece that receives in-plane loads of two orthogonal axes,
A center where two load axes intersect;
Four arms extending in a direction perpendicular to each other from the center,
Wherein a four semi straight slit from the base of the arm portion is formed toward the center of the angle formed between one load application direction of the two load application direction θ is, the less Relationship 0 ° <θ <90 °
Four slits satisfying,
I have, have a uniform part partial thickness provided in the central portion,
The ratio of the thickness uniform part component in the slit end surrounded by a gauge portion of the width (w) to the width of the arms of the test piece (W) is the following relation 0.0001 ≦ w /W≦0.75
The filling,
The ratio of the width (w) of the gauge part and the width (S) of the slit or the ratio of the width (w) of the gauge part and the radius of curvature (r) of the tip of the slit has the following relationship 0. 425 ≦ w / S ≦ 19.5, or 0.85 ≦ w / r ≦ 39
A cross specimen characterized by satisfying
前記十字試験片に二軸荷重負荷を与えて前記十字試験片を引っ張り、
前記十字試験片の前記標点部の表面組織の変形様態を顕微鏡内で観察する、
ことを特徴とする材料特性評価試験方法。 A material property evaluation test method using the cross test piece according to any one of claims 1 to 3,
A biaxial load is applied to the cross specimen and the cross specimen is pulled.
Observe the deformation state of the surface texture of the mark portion of the cross specimen in a microscope,
A material property evaluation test method characterized by the above.
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