JPH01267434A - セラミックスのき裂進展特性評価方法 - Google Patents
セラミックスのき裂進展特性評価方法Info
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- JPH01267434A JPH01267434A JP9444388A JP9444388A JPH01267434A JP H01267434 A JPH01267434 A JP H01267434A JP 9444388 A JP9444388 A JP 9444388A JP 9444388 A JP9444388 A JP 9444388A JP H01267434 A JPH01267434 A JP H01267434A
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- bending
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- Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の目的〕
（産業上の利用分野）
本発明はセラミックスに発生するき裂の進展特性を評価
するためのセラミックスのき裂進展特性評価方法に関す
る。
するためのセラミックスのき裂進展特性評価方法に関す
る。
（従来の技術）
近年、セラミックス、特に窒化けい素、炭化けい素、ア
ルミナ等のファインセラミックスは自動車エンジン部品
をはじめ、各種エネルギー機器の構造用材料として普及
しつつある。
ルミナ等のファインセラミックスは自動車エンジン部品
をはじめ、各種エネルギー機器の構造用材料として普及
しつつある。
このようなセラミックスの実用化に際しては、脆性材料
の破壊強度あるいは破壊寿命を支配するき裂進展特性の
究明が部品の構造強度設計上および新材料の開発の面か
ら非常に重要である。
の破壊強度あるいは破壊寿命を支配するき裂進展特性の
究明が部品の構造強度設計上および新材料の開発の面か
ら非常に重要である。
ところが、脆性材料であるセラミックスの場合、塑性変
形がほとんど生じないため、金属材料に対して行ってい
る従来の測定方法、例えば、Ｃ，Ｔ試験片（Ｃｏｍｐａ
ｃｔ Ｔｅｎ５ｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｍｅｎ）や中央貫通
き裂試験片等に対する繰返し引張荷重による測定法では
、試験が非常に難しく、精度の＾い測定が行なえない。
形がほとんど生じないため、金属材料に対して行ってい
る従来の測定方法、例えば、Ｃ，Ｔ試験片（Ｃｏｍｐａ
ｃｔ Ｔｅｎ５ｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｍｅｎ）や中央貫通
き裂試験片等に対する繰返し引張荷重による測定法では
、試験が非常に難しく、精度の＾い測定が行なえない。
即ち、試験片と負荷治具との連結または掴み部において
、わずかな軸ずれや不平行度があっても、き製部に面内
または面外の曲げ成分が重畳し、材料のき裂進展抵抗を
過小評価するという結果になり易い。
、わずかな軸ずれや不平行度があっても、き製部に面内
または面外の曲げ成分が重畳し、材料のき裂進展抵抗を
過小評価するという結果になり易い。
また、セラミックスの試験片に対ｔでは、人工き袋挿入
加工に高精度が要求されるが、この加工が極めて困難で
ある。このことから試験片の加工費が高くなり、測定用
の試験片の数を多くすることができず、金属材料に比べ
て破壊強度のばらつきの大きいセラミックスにあって、
その少ないデータから真の値を評価するのは極めて困難
となる。
加工に高精度が要求されるが、この加工が極めて困難で
ある。このことから試験片の加工費が高くなり、測定用
の試験片の数を多くすることができず、金属材料に比べ
て破壊強度のばらつきの大きいセラミックスにあって、
その少ないデータから真の値を評価するのは極めて困難
となる。
なお、最近では金属材料に対するき裂進展特性評価方法
をセラミックスに対して適用する場合の不具合を回避す
るために、種々の改良を加えたり、あるいはダブルカン
テイレバー法やダブルトーション法等の新しい測定方法
が試みられている。しかし、いずれの測定方法も必ずし
も精度がよくなく、データのばらつきが大きい場合が多
い。
をセラミックスに対して適用する場合の不具合を回避す
るために、種々の改良を加えたり、あるいはダブルカン
テイレバー法やダブルトーション法等の新しい測定方法
が試みられている。しかし、いずれの測定方法も必ずし
も精度がよくなく、データのばらつきが大きい場合が多
い。
（発明が解決しようとする課題〉
セラミックスのき裂進展特性評価用試験においては、試
験片の加工に高精度が要求されるため、少数の試験片に
よる測定に頼らざるを得ず、測定値の信頼度が低くなり
、また、必ずしも高精度の評価が行えない等の問題があ
る。
験片の加工に高精度が要求されるため、少数の試験片に
よる測定に頼らざるを得ず、測定値の信頼度が低くなり
、また、必ずしも高精度の評価が行えない等の問題があ
る。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、試験
片の多数化が図れるとともに、精度よく脆性材料のき裂
進展特性を測定することができるセラミックスのき裂進
展特性評価方法を提供することを目的とする。
片の多数化が図れるとともに、精度よく脆性材料のき裂
進展特性を測定することができるセラミックスのき裂進
展特性評価方法を提供することを目的とする。
（課題を解決するための手段および作用）本発明は、セ
ラミックスにより矩形断面の試験片を作成し、この試験
片に長手方向と直交する方向から複数個所の異なる点に
対する抑圧負荷を作用させ、これにより最大曲げ応力部
にインデンテーション表面き裂を付加し、かつその操作
を負荷速度条件を変化させて複数回行ない、曲げ破壊強
度の負荷速度依存性と有効負荷時間との関係に基づいて
、き裂進展速度特性を求めることを特徴とする。
ラミックスにより矩形断面の試験片を作成し、この試験
片に長手方向と直交する方向から複数個所の異なる点に
対する抑圧負荷を作用させ、これにより最大曲げ応力部
にインデンテーション表面き裂を付加し、かつその操作
を負荷速度条件を変化させて複数回行ない、曲げ破壊強
度の負荷速度依存性と有効負荷時間との関係に基づいて
、き裂進展速度特性を求めることを特徴とする。
このようなセラミックスのき裂進展特性評価方法によれ
ば、試験片の形状が比較的単純で、高精度が要求される
掴みや連結部の加工を必要としない。したがって、人工
き袋挿入加工の難しさや高加工精度を回避できるととも
に、安価な試験片により多数のデータが得られるように
なる。また、従来の測定試験装置における微妙なアライ
メント調整の難しさも回避でき、しかも、試験片の加工
精度や平坦度に原因する測定精度の低下も改善できる。
ば、試験片の形状が比較的単純で、高精度が要求される
掴みや連結部の加工を必要としない。したがって、人工
き袋挿入加工の難しさや高加工精度を回避できるととも
に、安価な試験片により多数のデータが得られるように
なる。また、従来の測定試験装置における微妙なアライ
メント調整の難しさも回避でき、しかも、試験片の加工
精度や平坦度に原因する測定精度の低下も改善できる。
ここでランプ波荷重の曲げ試験として、応力速度が一定
になるように荷重制御し、毎秒０．０５に９ｆ／−から
毎分０．１Ｎｙｆ／−の範囲内での数応力速度レベルに
それぞれ、選定して静的即時曲げ試験を行うことが望ま
しい。
になるように荷重制御し、毎秒０．０５に９ｆ／−から
毎分０．１Ｎｙｆ／−の範囲内での数応力速度レベルに
それぞれ、選定して静的即時曲げ試験を行うことが望ま
しい。
また、曲げ破壊強度と破壊時間との関係から等価負荷時
間の解析を介してき裂進展特性パラメータを求め、さら
に曲げ破壊強度と破壊時間との関係線図の描画およびき
裂進展特性パラメータの表示が、２回目の試験以降、接
続する計算機に出力されるようにすることが望ましい。
間の解析を介してき裂進展特性パラメータを求め、さら
に曲げ破壊強度と破壊時間との関係線図の描画およびき
裂進展特性パラメータの表示が、２回目の試験以降、接
続する計算機に出力されるようにすることが望ましい。
また、曲げ試験用の治具としては、試験片に対する上下
支点用丸棒が試験片長手方向軸に対して垂直にわずかに
回転自在になるように、円弧面溝を設けることが望まし
い。
支点用丸棒が試験片長手方向軸に対して垂直にわずかに
回転自在になるように、円弧面溝を設けることが望まし
い。
なお、曲げ破壊強度と破壊時間との関係データの採取に
ついては、インデンテーションき裂半径に対して予め実
験的に求めている押込み荷重関係式等によるデータに基
づいて、き裂進展特性パラメータを推定することが望ま
しい。
ついては、インデンテーションき裂半径に対して予め実
験的に求めている押込み荷重関係式等によるデータに基
づいて、き裂進展特性パラメータを推定することが望ま
しい。
（実施例）
以下、本発明の一実施例を図面を参照して説明する。
第１図は本発明に係るセラミックスのき裂進展特性評価
方法を実施するための計測装置の構成を示している。
方法を実施するための計測装置の構成を示している。
この計測装置は曲げ試験袋＠１を主体とし、矩形断面形
状の所定長さの小型角棒状のセラミックスの試験片２を
被測定対象としている。即ち、試験片２の下女点となる
２本の丸棒３を長手方向に回転自在に収めるための溝４
が形成された試験片固定台５を有する。また、試験片２
の上皮点となる丸棒６を介して圧縮荷重を負荷する荷重
負荷装置７を有する。試験片固定台５には、上支点のた
めの丸棒６を収める溝６ａおよび圧１向重負荷捧８の案
内孔９を有するブロック９ａが設けられ、圧縮荷重負荷
棒８と荷重負荷装置との間には連結具としての硬球８ａ
が設けられている。
状の所定長さの小型角棒状のセラミックスの試験片２を
被測定対象としている。即ち、試験片２の下女点となる
２本の丸棒３を長手方向に回転自在に収めるための溝４
が形成された試験片固定台５を有する。また、試験片２
の上皮点となる丸棒６を介して圧縮荷重を負荷する荷重
負荷装置７を有する。試験片固定台５には、上支点のた
めの丸棒６を収める溝６ａおよび圧１向重負荷捧８の案
内孔９を有するブロック９ａが設けられ、圧縮荷重負荷
棒８と荷重負荷装置との間には連結具としての硬球８ａ
が設けられている。
また、荷重負荷装置７は計算１１１０に接続され、初期
設定した負荷速度信号１０１によって負荷速度が制御さ
れる。曲げ負荷中の荷重および変位は、変位信号１０２
として荷重・変位検出器１１で検出され、検出信号１０
３は計算機１０に入力される。計算１１０では、入力し
た検出信号１０３に基づいて曲げ破壊強度および破壊時
間が求められ、各試験ごとに記録が行なわれるとともに
、その出力信号１０４により８値がプロットできるよう
にプロッタ１２に接続されている。
設定した負荷速度信号１０１によって負荷速度が制御さ
れる。曲げ負荷中の荷重および変位は、変位信号１０２
として荷重・変位検出器１１で検出され、検出信号１０
３は計算機１０に入力される。計算１１０では、入力し
た検出信号１０３に基づいて曲げ破壊強度および破壊時
間が求められ、各試験ごとに記録が行なわれるとともに
、その出力信号１０４により８値がプロットできるよう
にプロッタ１２に接続されている。
第２図は試験片２への荷重負荷によるインデンテーショ
ンき裂の付加状態を示している。即ち、第２図に示すよ
うに、試験片２に上支点の正反対の位置の裏面にヌープ
圧子の押し込みにより表面き裂１３が付加されている。
ンき裂の付加状態を示している。即ち、第２図に示すよ
うに、試験片２に上支点の正反対の位置の裏面にヌープ
圧子の押し込みにより表面き裂１３が付加されている。
そこで、負荷速度を例えば毎秒０．０５／（ｇｆ／−か
ら毎分０．１Ｋｙｆ／−の範囲内で、初期的に数条性設
定して、試験片に対して曲げ試験を行うと、第３図に示
すような荷重−時間線図が得られる。各試験での破壊荷
重Ｆ、をもとに求められる曲げ破壊強度σ５．は第３図
における各破壊時間１、（１，１・・・）に依存し、第
４図に示すよｆｌ ｆ２ うに破壊時間ｔ「が長くなるほど低下する特性がある。
ら毎分０．１Ｋｙｆ／−の範囲内で、初期的に数条性設
定して、試験片に対して曲げ試験を行うと、第３図に示
すような荷重−時間線図が得られる。各試験での破壊荷
重Ｆ、をもとに求められる曲げ破壊強度σ５．は第３図
における各破壊時間１、（１，１・・・）に依存し、第
４図に示すよｆｌ ｆ２ うに破壊時間ｔ「が長くなるほど低下する特性がある。
その特性は、１ｎσ とＩｎｔｆとの関係ｒ
を最小２乗法にて直線近似することにより、次式％式％
次いで、上式の指数ｎ（を用いて各試験でのｔ、に対し
て有効負荷時間ｔ、を のように求めておくと、σ とｔ との間には、
ｅＨ 次式が成立する。
て有効負荷時間ｔ、を のように求めておくと、σ とｔ との間には、
ｅＨ 次式が成立する。
ところが、表面き裂進展特性は一般式
に基づく破壊機構から理論的に導かれ、破壊強度σ１．
と初期表面き裂半径ａ、との関係は次式で与えられる。
と初期表面き裂半径ａ、との関係は次式で与えられる。
したがって、き裂進展速度特性における材料定数、即ち
、き裂進展速度指数ｎおよびき裂進展抵抗定数Ｃは、そ
れぞれ、き裂試験片に対する簡単な曲げ試験によって得
られる曲げ破壊強度、破壊時間およびヌープ圧子による
初期表面き裂半径ａ、から次式のように求められること
になる。
、き裂進展速度指数ｎおよびき裂進展抵抗定数Ｃは、そ
れぞれ、き裂試験片に対する簡単な曲げ試験によって得
られる曲げ破壊強度、破壊時間およびヌープ圧子による
初期表面き裂半径ａ、から次式のように求められること
になる。
０「
−と」
ここで、φ、はき裂の寸法、形状、位置および負荷状態
で決まる定数であるが、この場合、曲げ負荷であるので
、φ、＝１．０３となる。
で決まる定数であるが、この場合、曲げ負荷であるので
、φ、＝１．０３となる。
なお、ヌープ圧子による初期表面き裂半径ａ。
は試験後の破面観察により実測できるが、第５図ド示す
ように、実験結果よりヌープ圧子による押し込み荷重Ｗ
の大きさによって決まるので、ａ・の寸法はＷの大きさ
から求めることができる。
ように、実験結果よりヌープ圧子による押し込み荷重Ｗ
の大きさによって決まるので、ａ・の寸法はＷの大きさ
から求めることができる。
以上の実施例によれば、試験片２の形状が比較的単純で
、高精度が要求される掴み連結部の加工を必要としない
ので、人工き袋挿入加工の難しさや高加工精度を回避で
きるとともに、安価な試験片により多数のデータ数が得
られるようになる。
、高精度が要求される掴み連結部の加工を必要としない
ので、人工き袋挿入加工の難しさや高加工精度を回避で
きるとともに、安価な試験片により多数のデータ数が得
られるようになる。
また、従来の測定試験装置における微妙なアライメント
調整の難しさも回避でき、しかも、試験片の加工精度や
平坦度に原因する測定精度の低下も改善できる。
調整の難しさも回避でき、しかも、試験片の加工精度や
平坦度に原因する測定精度の低下も改善できる。
なお、前記実施例では、曲げ試験方法を３点曲げ負荷と
したが、本発明は４点曲げ負荷の場合でも同様に適用す
ることができる。また、初期き裂の付加について、ヌー
プ圧子を用いたが、ビッカースの押し込みによっても、
同様なき裂を得ることができる。
したが、本発明は４点曲げ負荷の場合でも同様に適用す
ることができる。また、初期き裂の付加について、ヌー
プ圧子を用いたが、ビッカースの押し込みによっても、
同様なき裂を得ることができる。
以上のように、本発明に係るき裂進展特性評価方法によ
れば、単純な寸法形状の小型試験片に対する簡単な静的
曲げ試験を行うことにより、データのばらつきの少ない
高精度のき裂進展速度特性の測定が行なえる。また、試
験片が単純形状であるので、容易に精度の高い加工がで
き、被供試体が小さな物からでも、かなり多くの試験片
を切出し加工でき、しかも切出し位置、方向等の評価を
する試験にも最適である。さらに、試験においては、円
弧面溝付治具等を用いることにより、アライメント調整
時間がほとんど不要となり、他の測定方法に比べて試験
時間が大幅に短縮でき、効率化が図られる。
れば、単純な寸法形状の小型試験片に対する簡単な静的
曲げ試験を行うことにより、データのばらつきの少ない
高精度のき裂進展速度特性の測定が行なえる。また、試
験片が単純形状であるので、容易に精度の高い加工がで
き、被供試体が小さな物からでも、かなり多くの試験片
を切出し加工でき、しかも切出し位置、方向等の評価を
する試験にも最適である。さらに、試験においては、円
弧面溝付治具等を用いることにより、アライメント調整
時間がほとんど不要となり、他の測定方法に比べて試験
時間が大幅に短縮でき、効率化が図られる。
第１図は本発明に係るセラミックスのき裂進展特性評価
方法を実施するための装置構成を示す図、第２図はイン
デンテーションき裂付加状態を示す図、第３図は曲げ試
験で得られる荷重と時間との関係を示す特性、第４図は
曲げ破壊強度と破壊時間との関係を示す特性図、第５図
は曲げ試験片に対してインデンテーションき裂を付加し
たときの押込み荷重とき裂半径との関係を示す特性図で
ある。 １・・・曲げ試験装置、２・・・試験片、３・・・上皮
点用丸棒、４・・・溝、５・・・固定台、６・・・上皮
点用丸棒、７・・・荷重負荷装置、８・・・圧縮荷重負
荷棒、８ａ・・・硬球、９・・・案内孔、１０・・・計
算機、１１・・・荷重・変位検出器、１２・・・プロッ
タ。 第１図 第３図
方法を実施するための装置構成を示す図、第２図はイン
デンテーションき裂付加状態を示す図、第３図は曲げ試
験で得られる荷重と時間との関係を示す特性、第４図は
曲げ破壊強度と破壊時間との関係を示す特性図、第５図
は曲げ試験片に対してインデンテーションき裂を付加し
たときの押込み荷重とき裂半径との関係を示す特性図で
ある。 １・・・曲げ試験装置、２・・・試験片、３・・・上皮
点用丸棒、４・・・溝、５・・・固定台、６・・・上皮
点用丸棒、７・・・荷重負荷装置、８・・・圧縮荷重負
荷棒、８ａ・・・硬球、９・・・案内孔、１０・・・計
算機、１１・・・荷重・変位検出器、１２・・・プロッ
タ。 第１図 第３図
Claims (1)
- セラミックスにより矩形断面の試験片を作成し、この試
験片に長手方向と直交する方向から複数個所の異なる点
に対する押圧負荷を作用させ、これにより最大曲げ応力
部にインデンテーシヨン表面き裂を付加し、かつその操
作を負荷速度条件を変化させて複数回行ない、曲げ破壊
強度の負荷速度依存性と有効負荷時間との関係に基づい
て、き裂進展速度特性を求めることを特徴とするセラミ
ックスのき裂進展特性評価方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9444388A JPH01267434A (ja) | 1988-04-19 | 1988-04-19 | セラミックスのき裂進展特性評価方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9444388A JPH01267434A (ja) | 1988-04-19 | 1988-04-19 | セラミックスのき裂進展特性評価方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01267434A true JPH01267434A (ja) | 1989-10-25 |
Family
ID=14110403
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9444388A Pending JPH01267434A (ja) | 1988-04-19 | 1988-04-19 | セラミックスのき裂進展特性評価方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01267434A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0543056U (ja) * | 1991-11-14 | 1993-06-11 | 日本特殊陶業株式会社 | 繰返し疲労試験装置 |
| CN103217347A (zh) * | 2013-04-17 | 2013-07-24 | 河南理工大学 | 一种适合在线观测硬脆材料的超声振动三点弯曲试验装置 |
-
1988
- 1988-04-19 JP JP9444388A patent/JPH01267434A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0543056U (ja) * | 1991-11-14 | 1993-06-11 | 日本特殊陶業株式会社 | 繰返し疲労試験装置 |
| CN103217347A (zh) * | 2013-04-17 | 2013-07-24 | 河南理工大学 | 一种适合在线观测硬脆材料的超声振动三点弯曲试验装置 |
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