JP6010733B2 - 板状試験片評価試験用ユニットおよびこれに用いる固定用治具 - Google Patents

Description

本発明は金属薄板の材料強度評価用ユニットに係り、特に、高温クリープ試験又は引張試験に好適な金属薄板の材料強度評価用ユニットに関する。

従来、金属材料の高温クリープ試験に用いる試験片としては、ＪＩＳ Ｚ２２７１（文献１）に記載される直径３ｍｍ以上の円形断面（棒状）試験片が用いられる。そしてクリープ伸び測定に際しては、同文献附属書に示される鍔・溝付き円形断面試験片が用いられる。図５（ａ）はこのような円形断面試験片１００を示し、平行部１０１の両端に掴み部１０２を備え、平行部１０１の両側に鍔１０３と、掴み部１０２に溝部１０４を備えている。

しかしながら、金属薄板評価を目的とした板形状の試験片を用いたクリープ等の材料強度試験については、試験片形状等に関するＪＩＳ規定はない。このため、金属薄板の引っ張り試験用の規格であるＪＩＳ Ｚ２２０１（文献２）の金属材料引張試験片を基本とし、上記ＪＩＳ Ｚ２２７１を参考にしながら測定者が工夫して評価を行っている。

具体的には、図５（ｂ）に示すように、板形状試験片２００の肩部２０２に設けたピン挿入孔２０３に棒状のピン（図示せず）を挿入することにより固定し、ピンに加重して伸びを計測する。板厚が比較的厚い場合には、上述の円形断面試験片１００用の標準試験装置を利用できるように、標点（鍔）２０４を平行部に設け、標点２０４に計測用治具を接続して伸びを計測する。

ＪＩＳ Ｚ ２２７１（金属材料のクリープ及びクリープ破断試験方法） ＪＩＳ Ｚ ２２０１（金属材料引張試験片）

しかし、図５（ｂ）の試験片２００ではピン挿入孔２０３に大きな応力が加わるため、平行部２０１の断面積を小さくしないと、挿入孔２０３及びその周辺が局所的に変形してしまうため、クリープ評価が正しく行えない場合という問題がある。
また、標点２０４に伸び計測用治具を接続する方法では、試験片が薄い場合には機械的強度が不足して計測用治具を支えることができないという問題もある。
一方、板厚が薄い場合の測定方法として、レーザー変位計や、カメラ等を用いた画像解析による変形測定も用いられているが、極めて高価な専用の試験装置を必要とするにも関らず、必ずしも測定精度が高くないという問題がある。

上記課題に鑑み本発明は、金属薄板評価を目的とする板形状試験片及び治具により構成される板状試験片評価用ユニットを提供する。
本発明は以下の内容を要旨とする。すなわち、本発明に係る板状試験片評価用ユニットは、例えば図４に示すように、薄板形状の試験片２と、試験片の両端を試験装置に取り付けるための一対の固定用治具３と、を備えた試験片材料強度評価用ユニット１であって、該試験片２は、例えば図２に示すように、中央部に平行部２１と、平行部２１の両端にこれより幅広の肩部２２と、を備えた評価対象の金属薄板２３と、肩部両面に金属薄板２３と溶接により一体に固定され、固定用治具３の収容溝部３４に嵌合固定する、断面楔形状に構成した固定用治具嵌合部２４と、金属薄板肩部２２及び固定用治具嵌合部２４を貫く試験片貫通孔２５とを備えている。
また、該固定用治具３は、例えば図３に示すように、試験装置プルロッドに固定するための掴み部３１と、伸び測定用治具を取り付け可能に構成した伸び測定用治具取付部３２と、試験片２の固定用治具嵌合部２４及び平行部２１の一部を、密着させて収容する試験片収容溝部３４と、取り付け状態において、試験片貫通孔２５に対応する箇所に設けられた固定用治具貫通孔３６とを備えている。そして、該試験片貫通孔２５及び固定用治具貫通孔３６を挿通する固定ピン４により、位置固定を可能とし、かつ、評価時において、試験装置からの荷重が全て固定用治具嵌合部２４と試験片収容溝部３４との接触面に掛かるように構成した、ことを特徴とする。

本発明によれば、試験装置試験片を標準試験装置に確実に取り付け可能となり、試験のための負荷軽減を可能とし、かつ、評価の客観性を担保できるという効果がある。
また、試験片の平行部断面積が小さくなくても、応力のピン近傍部局所的集中を回避できるという効果がある。
また、レーザー変位計等の高価な専用試験装置を用いることなく、クリープ試験における伸び測定精度を向上させることができるという効果がある。

本発明の一実施形態に係る板状試験片評価用ユニット１の全体構成を示す図である。 試験片２の構成を示す図である。 試験片２の平面構成を示す図である。 図２（ｂ）のＡ−Ａ’断面構成を示す図である。 固定用治具３の平面構成を示す図である。 図３（ａ）のＢ−Ｂ’断面構成を示す図である。 試験片評価用ユニット１を試験装置に取り付けた状態を示す図である。 試験片２に掛かる荷重を模式的に示す図である。 ＪＩＳ Ｚ２２７１に規定される円形断面試験片１００の構成を示す図である。 従来の板状試験片２００の構成を示す図である。

以下、本発明の一実施形態について、図１乃至４（ｂ）を参照してさらに詳細に説明する。なお、本発明の範囲は特許請求の範囲記載のものであって、以下の実施形態に限定されないことはいうまでもない。

図１は、本発明の一実施形態に係る板状試験片の高温クリープ強度評価用ユニット１（以下、適宜ユニット１と略記する）の全体構成を示す図である。ユニット１は、板状試験片２と、試験片２を試験装置のプルロッド５（図４（ａ）参照）に取り付けるための一対の固定用治具３と、により構成されている。薄試験片２と治具３とは、固定ピン４により一体固定可能に構成されている。

図２（ａ）乃至２（ｃ）を参照して、試験片２は平行部２１及びその両端に幅広に形成される肩部２２を備えた金属薄板２３と、金属薄板２３の肩部２２の両側表面にそれぞれ溶接固定される固定用治具嵌合部２４と、により構成されている。平行部２１は強度評価の対象となる部分であり、肩部２２は治具３に嵌合固定される部分である。肩部２２には、金属薄板２３及び固定用治具嵌合部２４を貫通して固定ピン４を挿通させるための貫通孔２５が設けられている。

図３（ａ），３（ｂ）を参照して、固定用治具３は外形が略瓶形状に構成され、試験装置のプルロッド５に取り付けるための円柱形状の掴み部３１と、これより小口径円柱形状の伸び測定用治具取付部３２と、により構成されている。掴み部３１の中央には、試験片２の肩部２４の断面と同一形状で、これを嵌合収容可能とする肩部嵌合溝３４が設けられている。また、プルロッド５を螺合固定するための雌ねじ３７が設けられている。さらに、試験片２を嵌合収容時に一体固定するための固定ピン４を挿通させるための貫通孔３６が設けられている。

測定用治具取付部３２の外側周囲には、測定用治具６を固定するためのリング状突起３５が設けられている。また、中心軸に沿って肩部嵌合溝３４に至るスリット３３が設けられており、試験片２の平行部２１を嵌合収容可能に構成されている。

ユニット１は以上のように構成されており、次にユニット１の標準試験装置への取り付けの態様について説明する。
図２（ａ）、図４（ａ）を参照して、試験片２の肩部２２を治具３の肩部嵌合溝３４に、平行部２１の一部をスリット３３にそれぞれ嵌合収容させる。その状態で固定ピン４を貫通孔２５に挿通して位置固定し、評価用ユニット１が構成される。

次に、ユニット１を立てた状態とし掴み部３１の上下両端を試験装置のプルロッド５に螺合固定する。さらに、上下の治具３のリング状突起３５を測定用治具６の上側治具６ａ、下側治具６ｂに、それぞれ固定する。図示を省略するが、測定用治具６の下端には歪みゲージが連結されており、試験前後の上側治具６ａと下側治具６ｂの位置に基づいて歪み量を検出し、クリープ量評価を可能に構成されている。
取り付け完了後、ユニット１の平行部２１を電気炉７内に収容することにより、試験装置への取り付けが完了する。

電気炉７内を所定の試験温度に維持した状態で評価用ユニット１に荷重を掛け、測定用治具６に連結する歪みゲージの出力をアンプで増幅後、アナログデジタルコンバーターを用いてＰＣに取り込み、クリープ量を測定する。
図４（ｂ）を参照して、本発明によれば試験装置からの荷重は試験片２の固定用治具嵌合部２４（図２（ｂ）参照）と肩部嵌合溝３４（図３（ｂ）参照）との接触面に全て掛かり、固定ピン４と貫通孔２５の接触面には荷重が掛からない。このため、試験片２のピン近傍部（肩部２２）に応力集中が生じることはない。なお、平行部２１の断面積は、荷重の大きさ、肩部嵌合溝３４の接触面の面積及び中心軸と嵌合部２４とのなす角度φに対応して、適宜設定することができる。

本発明は、広く一般的な薄板金属材料の引張試験、クリープ用試験装置の試験片評価試験用ユニットとして適用可能である。

１・・・・板状試験片評価用ユニット
２・・・・板状試験片
２１・・・平行部
２２・・・肩部
２３・・・金属薄板
２４・・・固定用治具嵌合部
２５・・・貫通孔
３・・・・固定用治具
３１・・・掴み部
３２・・・測定用治具取付部
３３・・・スリット
３４・・・肩部嵌合溝
３５・・・リング状突起
３６・・・貫通孔

Claims (2)

1. 薄板形状の試験片と、試験片の両端を試験装置に取り付けるための一対の固定用治具と、を備えた試験片材料強度評価用ユニットであって、
   該試験片は、
   中央部に平行部と、平行部の両端にこれより幅広の肩部と、を備えた評価対象の金属薄板と、
   肩部両面に金属薄板と溶接により一体に固定され、固定用治具の収容溝部に嵌合固定する、断面楔形状に構成した固定用治具嵌合部と、
   金属薄板肩部及び固定用治具嵌合部を貫く試験片貫通孔と、
   を備え、
   該固定用治具は、
   試験装置のプルロッドに固定するための掴み部と、
   伸び測定用治具を取り付け可能に構成した伸び測定用治具取付部と、
   試験片の固定用治具嵌合部及び平行部の一部を、密着させて収容する試験片収容溝部と、
   取り付け状態において、試験片貫通孔に対応する箇所に設けられた固定用治具貫通孔と、
   を備え、
   該試験片貫通孔及び固定用治具貫通孔を挿通する固定ピンにより、位置固定を可能とし、かつ、
   評価時において、試験装置からの荷重が全て固定用治具嵌合部と試験片収容溝部との接触面に掛かるように構成した、
   ことを特徴とする試験片評価試験用ユニット。
2. 中央部に平行部と、平行部の両端にこれより幅広の肩部と、を備えた評価対象の金属薄板と、肩部両面に金属薄板と溶接により一体に固定され、固定用治具の収容溝部に嵌合固定する、断面楔形状に構成した固定用治具嵌合部と、金属薄板肩部及び固定用治具嵌合部を貫く試験片貫通孔とを備えた薄板形状の試験片の両端を試験装置に取り付けるための一対の固定用治具であって、
   試験装置のプルロッドに固定するための掴み部と、
   伸び測定用治具を取り付け可能に構成した伸び測定用治具取付部と、
   試験片の固定用治具嵌合部及び平行部の一部を、密着させて収容する試験片収容溝部と、
   取り付け状態において、試験片貫通孔に対応する箇所に設けられた固定用治具貫通孔と、
   を備え、
   前記試験片に設けられた試験片貫通孔及び固定用治具貫通孔を挿通する固定ピンにより、位置固定を可能とし、かつ、
   評価時において、試験装置からの荷重が全て前記試験片に設けられた固定用治具嵌合部と試験片収容溝部との接触面に掛かるように構成した、
   ことを特徴とする固定用治具。
   

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