JPH0396830A - 熱疲労試験方法 - Google Patents
熱疲労試験方法Info
- Publication number
- JPH0396830A JPH0396830A JP23440389A JP23440389A JPH0396830A JP H0396830 A JPH0396830 A JP H0396830A JP 23440389 A JP23440389 A JP 23440389A JP 23440389 A JP23440389 A JP 23440389A JP H0396830 A JPH0396830 A JP H0396830A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- test
- test piece
- piece
- combustion gas
- thermal
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000009661 fatigue test Methods 0.000 title claims abstract description 17
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 16
- 239000000567 combustion gas Substances 0.000 claims abstract description 24
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 16
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 12
- 239000002826 coolant Substances 0.000 claims abstract description 5
- 230000008602 contraction Effects 0.000 claims abstract description 4
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims description 59
- 238000010998 test method Methods 0.000 claims description 8
- 238000012546 transfer Methods 0.000 claims description 6
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 3
- 239000000446 fuel Substances 0.000 claims description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 2
- 230000000452 restraining effect Effects 0.000 claims description 2
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 claims 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 3
- 238000007599 discharging Methods 0.000 abstract 1
- 230000001788 irregular Effects 0.000 abstract 1
- 238000004227 thermal cracking Methods 0.000 abstract 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 9
- 239000003779 heat-resistant material Substances 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 3
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 2
- 229910001141 Ductile iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 206010037660 Pyrexia Diseases 0.000 description 1
- TZCXTZWJZNENPQ-UHFFFAOYSA-L barium sulfate Chemical compound [Ba+2].[O-]S([O-])(=O)=O TZCXTZWJZNENPQ-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 239000011324 bead Substances 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
Landscapes
- 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】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、自動車等の内燃機関に用いられる排気系機器
類等の高温に加熱される耐熱部材の熱疲労試験方法に関
する。
類等の高温に加熱される耐熱部材の熱疲労試験方法に関
する。
自動車等の内燃機関に用いられる排気系機器類、例えば
マニホールド等において、材料の熱疲労強さを知ること
は、マニホールド等の設酎を行う」二で非常に重要な問
題である。
マニホールド等において、材料の熱疲労強さを知ること
は、マニホールド等の設酎を行う」二で非常に重要な問
題である。
従来、このようなマニホールド等に使用される一 ２
一 耐熱部材の熱疲労強さは、Ｃｏｆｆｉｎ型と呼ばれる熱
疲労試ａ機を用いて、丸棒試験片の両端を拘束し、試験
部位を高周波もしくは加熱炉等で均一に加熱し冷却する
という方法でもって測定されていた。
一 耐熱部材の熱疲労強さは、Ｃｏｆｆｉｎ型と呼ばれる熱
疲労試ａ機を用いて、丸棒試験片の両端を拘束し、試験
部位を高周波もしくは加熱炉等で均一に加熱し冷却する
という方法でもって測定されていた。
しかしながら、前記熱疲労試験方法は、試験片全体を均
一に加熱するため、耐熱部材に特有の熱伝導性は無視さ
れてしまう。即ち、排気ガス温度が一定の雰囲気温度下
において、熱伝導率が大きな耐熱材料は、供給された熱
が移動しやすく、全体が均一に加熱されるために熱ひず
みの発生が小さく、逆に熱伝導率が小さな耐熱材料は、
熱が移動しにくいため一部に蓄熱して大きな温度勾配を
生じ、大きな熱ひずみを生じるといった、耐熱部材特有
の熱伝導性を全く考慮しない熱疲労試験方法であった。
一に加熱するため、耐熱部材に特有の熱伝導性は無視さ
れてしまう。即ち、排気ガス温度が一定の雰囲気温度下
において、熱伝導率が大きな耐熱材料は、供給された熱
が移動しやすく、全体が均一に加熱されるために熱ひず
みの発生が小さく、逆に熱伝導率が小さな耐熱材料は、
熱が移動しにくいため一部に蓄熱して大きな温度勾配を
生じ、大きな熱ひずみを生じるといった、耐熱部材特有
の熱伝導性を全く考慮しない熱疲労試験方法であった。
この他、特公昭６０−２４９０３５号公報（流動床熱疲
労試験用試験片）には、、そろばん玉形状の凹型の曲面
を有する試験片を用いて、実機と同等の熱ひずみを起こ
させる方法が開示されている。
労試験用試験片）には、、そろばん玉形状の凹型の曲面
を有する試験片を用いて、実機と同等の熱ひずみを起こ
させる方法が開示されている。
また、特公昭６ ２−２ ５ ０ ３ ３ ０号公報（
熱疲労試験装置）には、中空試験片の内面および外面を
別系統の加熱流体で加熱、冷却することにより、試験片
の厚さ方向、すなわちガスの流れ方向に対し直角に温度
勾配を形成するものが開示されている。
熱疲労試験装置）には、中空試験片の内面および外面を
別系統の加熱流体で加熱、冷却することにより、試験片
の厚さ方向、すなわちガスの流れ方向に対し直角に温度
勾配を形成するものが開示されている。
しかしながら、前記特公昭６０−２４９０３５号公報の
ものは、中実の試験片の肉厚差に伴う冷却速度の差によ
り温度勾配を形成し、実機と同等の熱ひずみを起こさせ
る、流動床熱疲労試験用の試験片に関するものであり、
高温高圧に曝される排気マニホールド等の熱疲労強さの
評価には、実際の使用条件との一致に問題がある。
ものは、中実の試験片の肉厚差に伴う冷却速度の差によ
り温度勾配を形成し、実機と同等の熱ひずみを起こさせ
る、流動床熱疲労試験用の試験片に関するものであり、
高温高圧に曝される排気マニホールド等の熱疲労強さの
評価には、実際の使用条件との一致に問題がある。
また、特公昭Ｇ２−２５０３３０号公報は、ガスの流れ
方向に対し直角に温度勾配を形成するものであり、本発
明の中空状の試験片のように燃焼ガ・スの流れ方向に沿
って温度勾配を形成することはできない。
方向に対し直角に温度勾配を形成するものであり、本発
明の中空状の試験片のように燃焼ガ・スの流れ方向に沿
って温度勾配を形成することはできない。
また、中空状の試験片の内部をｉ，ＰＧ等で加熱して熱
疲労試験を行うという考えはあるが、これは単に高温の
燃焼ガスのみを試験片の内部に通しているため、十分な
風速を生じさせ得ず、試験片への熱伝達が不十分であり
、所定の表面温度を得ることが非常に難しいものである
。
疲労試験を行うという考えはあるが、これは単に高温の
燃焼ガスのみを試験片の内部に通しているため、十分な
風速を生じさせ得ず、試験片への熱伝達が不十分であり
、所定の表面温度を得ることが非常に難しいものである
。
本発明の目的は、上記問題を解決し、耐熱部材の実際の
使用状態と同等の温度分布、熱ひずみを発生させる、熱
疲労試験方法を提供することにある。
使用状態と同等の温度分布、熱ひずみを発生させる、熱
疲労試験方法を提供することにある。
上記目的を達成するために本発明においては、試験片両
端を完全拘束して加熱および冷却を繰り返し、試験片の
熱膨張および収縮に伴う熱ひずみによる熱疲労寿命を評
価する熱疲労試験方法において、中空状の試験片の両端
を拘束し、内部に燃焼ガスを通し、試験片−Ｌに熱伝達
および熱伝導に｛゛ｌ′．う温度分布を生じさせて、熱
ひずみを試験片上に局所的に集中させることを特徴とす
る。 本発明においては、液体、固体もしくは気体燃料
を用いて燃焼ガスとし、該燃焼ガスに余剰空気を加え、
大気圧以上の圧力で前記中空状の試験片内部に送り込む
。
端を完全拘束して加熱および冷却を繰り返し、試験片の
熱膨張および収縮に伴う熱ひずみによる熱疲労寿命を評
価する熱疲労試験方法において、中空状の試験片の両端
を拘束し、内部に燃焼ガスを通し、試験片−Ｌに熱伝達
および熱伝導に｛゛ｌ′．う温度分布を生じさせて、熱
ひずみを試験片上に局所的に集中させることを特徴とす
る。 本発明においては、液体、固体もしくは気体燃料
を用いて燃焼ガスとし、該燃焼ガスに余剰空気を加え、
大気圧以上の圧力で前記中空状の試験片内部に送り込む
。
また、前記中空状の試験片は、少なくとも１箇所以上に
湾１１１１部を持たせ、前記熱ひずみを築申させる。
湾１１１１部を持たせ、前記熱ひずみを築申させる。
そして、前記中空状の試験片の少なくとも一端を、温度
制御された冷却媒体により冷却し、前記試験片端面の熱
を除去することにより、大きな温度勾配を生じさせるも
のである。
制御された冷却媒体により冷却し、前記試験片端面の熱
を除去することにより、大きな温度勾配を生じさせるも
のである。
例えば、本発明の熱疲労試験方法に用いる試験装置とし
ては、特開昭６４−８６０３３ （管状耐熱部材の試験
装置）に記した試験装置等でもって、高温高圧の燃焼ガ
スを中空状の試験片内部に通し、現実の自動車用排気マ
ニホールドと同等の熱伝達による温度分布を、試験片上
に再現することができる。
ては、特開昭６４−８６０３３ （管状耐熱部材の試験
装置）に記した試験装置等でもって、高温高圧の燃焼ガ
スを中空状の試験片内部に通し、現実の自動車用排気マ
ニホールドと同等の熱伝達による温度分布を、試験片上
に再現することができる。
なお、試験温度条件としては、試験片表面の任意の位置
の温度を一定としてもよいし、入口燃焼ガス温度または
出口燃焼ガス温度を一定としてもよい。
の温度を一定としてもよいし、入口燃焼ガス温度または
出口燃焼ガス温度を一定としてもよい。
上記に説明した本試験方法により、試験片の材料が持つ
固有の熟伝導率により、試験片に温度分布が発生し、こ
の温度分布により実際の使用状態に近い熱ひずみが発生
する。
固有の熟伝導率により、試験片に温度分布が発生し、こ
の温度分布により実際の使用状態に近い熱ひずみが発生
する。
第１表に従来法と本試験法よる熱疲労試験結果により、
その違いを説明する。
その違いを説明する。
従来法では優れた熱疲労寿命を示すニレジストが、本試
験法では球状黒鉛鋳鉄と大きな差がない結果を呈してい
る。これは、従来法が試験片の保有する熱伝導率を無視
した均一加熱による評価試験法であるため、温度勾配に
よって発生する熱ひずみの影響を考慮していないためで
ある。
験法では球状黒鉛鋳鉄と大きな差がない結果を呈してい
る。これは、従来法が試験片の保有する熱伝導率を無視
した均一加熱による評価試験法であるため、温度勾配に
よって発生する熱ひずみの影響を考慮していないためで
ある。
本試験法では、中空状の試験片表面に、熱伝導率に従っ
た温度分布が生じるため、熱伝導率の小さなニレジスト
は、熱の移動が遅いため蓄熱して、大きな温度勾配が試
験片表面に生じ、その結果熱ひずみの影響を含んだ熱疲
労結果がでるのである。
た温度分布が生じるため、熱伝導率の小さなニレジスト
は、熱の移動が遅いため蓄熱して、大きな温度勾配が試
験片表面に生じ、その結果熱ひずみの影響を含んだ熱疲
労結果がでるのである。
（実施例ｌ）
本発明の実施例を、第１図により詳細に説明する。
図において、Ｌ字形の中空状の耐熱材料からなる試験片
１は、試験片ｌの端部６ａ，６ｂを、拘束部材７ａ，７
ｂにより拘束する水冷治具２に取り付けている。なお、
水冷温度は８０℃に制御している。高温高圧の燃焼ガス
（図示せず）は、燃焼ガス人口３より試験片ｌ内部へ導
かれ、燃焼ガス出口４より排気筒ｌ１を経て排出される
。水冷治具２に満たした冷却媒体５により、端部６ａ、
６ｂを冷却し、試験片１の内部を高温高圧の燃焼ガスで
加熱することにより、試験片１固有の熱伝導率に従った
表面温度分布となり、その結果不均一な加熱時の膨張お
よび冷却時の収縮を起こす。
１は、試験片ｌの端部６ａ，６ｂを、拘束部材７ａ，７
ｂにより拘束する水冷治具２に取り付けている。なお、
水冷温度は８０℃に制御している。高温高圧の燃焼ガス
（図示せず）は、燃焼ガス人口３より試験片ｌ内部へ導
かれ、燃焼ガス出口４より排気筒ｌ１を経て排出される
。水冷治具２に満たした冷却媒体５により、端部６ａ、
６ｂを冷却し、試験片１の内部を高温高圧の燃焼ガスで
加熱することにより、試験片１固有の熱伝導率に従った
表面温度分布となり、その結果不均一な加熱時の膨張お
よび冷却時の収縮を起こす。
このとき、大きな熱ひずみが試験片ｌの湾四部８に生じ
、この部分に熱亀裂が生じることになる。
、この部分に熱亀裂が生じることになる。
本試験法でもって、燃焼ガス温度を１０４５℃、入口風
量５ ０ Ｎｍ３／Ｈ ｒに制御して、加熱１５分・冷
却１５分の熱サイクルを繰り返した結果、該試験片１の
湾曲部８に熱ひずみが集中し、貫通亀裂が生じた。
量５ ０ Ｎｍ３／Ｈ ｒに制御して、加熱１５分・冷
却１５分の熱サイクルを繰り返した結果、該試験片１の
湾曲部８に熱ひずみが集中し、貫通亀裂が生じた。
（実施例２）
第２図は、第ｌ図の本試験法において、温度センサー９
により測定した試験片１上の温度分布を示す。
により測定した試験片１上の温度分布を示す。
Ｌ字形試験片｛の端部Ａから、試験片ｌの湾曲部Ｂに向
かって温度が高くなり、その後、反対側端部Ｃに向かっ
て温度が降下している。この温度勾配よって、試験片ｌ
の内側の湾曲部８に、特に大きな熱ひずみがに集中する
。
かって温度が高くなり、その後、反対側端部Ｃに向かっ
て温度が降下している。この温度勾配よって、試験片ｌ
の内側の湾曲部８に、特に大きな熱ひずみがに集中する
。
（実施例３）
第３図は、高周波加熱コイルｌ５により、試験片１４全
体を加熱する従来法を示す。また、第４図は、第３図の
従来法により加熱したときの、試験片に発生ずる温度分
布の状態を示す。
体を加熱する従来法を示す。また、第４図は、第３図の
従来法により加熱したときの、試験片に発生ずる温度分
布の状態を示す。
第４図に示す通り、徒来法は試験片全体を均一に加熱す
るために、試験片表面のＤ，ＥおよびＦ部は、ほぼ同じ
温度に制御され、温度勾配はごく僅かしか生じていない
。
るために、試験片表面のＤ，ＥおよびＦ部は、ほぼ同じ
温度に制御され、温度勾配はごく僅かしか生じていない
。
以上の説明で明らかなように、本発明の熱疲労試験方法
は、完全拘束されて湾曲した中空状の試験片の内部を燃
焼ガスでもって加熱することにより、試験片の材料固有
の熱伝導率に従った表面温度分布を示し、その結果大き
な熱ひずみを、局所的に発生せさることができる。従っ
て、従来法では再現できなかった拘束条件下での非定常
温度域における熱疲労強さを、実際の使用状態に近く、
容易に比較および再現することができる。
は、完全拘束されて湾曲した中空状の試験片の内部を燃
焼ガスでもって加熱することにより、試験片の材料固有
の熱伝導率に従った表面温度分布を示し、その結果大き
な熱ひずみを、局所的に発生せさることができる。従っ
て、従来法では再現できなかった拘束条件下での非定常
温度域における熱疲労強さを、実際の使用状態に近く、
容易に比較および再現することができる。
第１図は、本発明のＬ字形中空状の試験片を水冷治具に
取り付けた図、第２図は、本発明方法により、Ｌ字形中
空状の試験片に発生する温度の分布を示す図、第３図は
、従来法の高周波加熱コイルにより、試験片全体を加熱
する状態を示す図、第４図は、第３図の従来法により加
熱したときの試験片に発生する温度分布を示す図である
。 Ｉ：試験片、２：水冷治具、３：燃焼ガス入口、４：燃
焼ガス出口、５：冷却媒体、６：端部、７：拘束部材、
８：湾曲部。 １１−
取り付けた図、第２図は、本発明方法により、Ｌ字形中
空状の試験片に発生する温度の分布を示す図、第３図は
、従来法の高周波加熱コイルにより、試験片全体を加熱
する状態を示す図、第４図は、第３図の従来法により加
熱したときの試験片に発生する温度分布を示す図である
。 Ｉ：試験片、２：水冷治具、３：燃焼ガス入口、４：燃
焼ガス出口、５：冷却媒体、６：端部、７：拘束部材、
８：湾曲部。 １１−
Claims (4)
- （１）試験片両端を完全拘束して加熱および冷却を繰り
返し、試験片の熱膨張および収縮に伴う熱ひずみによる
熱疲労寿命を評価する試験方法において、中空状の試験
片の両端を拘束し、内部に燃焼ガスを通過し、試験片上
に熱伝達および熱伝導に伴う温度分布を生じさせて、熱
ひずみを試験片上に局所的に集中させることを特徴とす
る熱疲労試験方法。 - （２）液体、固体もしくは気体燃料を用いて燃焼ガスと
し、該燃焼ガスに余剰空気を加え、大気圧以上の圧力で
前記中空状の試験片内部に送ることを特徴とする請求項
１記載の熱疲労試験方法。 - （３）前記中空状の試験片の少なくとも１箇所以上に湾
曲部を持たせ、前記熱ひずみを集中させることを特徴と
する請求項１記載の熱疲労試験方法。 - （４）前記中空状の試験片の少なくとも一端を、温度制
御された冷却媒体により冷却し、前記試験片端面の熱を
除去することにより、大きな温度勾配を生じさせること
を特徴とする請求項１記載の熱疲労試験方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23440389A JPH0396830A (ja) | 1989-09-08 | 1989-09-08 | 熱疲労試験方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23440389A JPH0396830A (ja) | 1989-09-08 | 1989-09-08 | 熱疲労試験方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0396830A true JPH0396830A (ja) | 1991-04-22 |
Family
ID=16970460
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23440389A Pending JPH0396830A (ja) | 1989-09-08 | 1989-09-08 | 熱疲労試験方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0396830A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2015001455A (ja) * | 2013-06-17 | 2015-01-05 | トヨタ自動車株式会社 | 排気系部品の寿命予測装置 |
-
1989
- 1989-09-08 JP JP23440389A patent/JPH0396830A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2015001455A (ja) * | 2013-06-17 | 2015-01-05 | トヨタ自動車株式会社 | 排気系部品の寿命予測装置 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN107421984B (zh) | 一种空心涡轮叶片叠加高周振动的热机械疲劳试验系统及方法 | |
| CN111579410B (zh) | 一种陶瓷基复合材料燃气环境疲劳试验系统 | |
| Zhang et al. | An experimental method for determination of dynamic mechanical behavior of materials at high temperatures | |
| US5967660A (en) | Accelerated thermal fatigue testing of engine combustion chambers | |
| CN109060825A (zh) | 基于脉冲气流激励红外成像的无损检测方法及其实施装置 | |
| JPH0396830A (ja) | 熱疲労試験方法 | |
| FI109555B (fi) | Menetelmä vikojen ja jäännösjännitysten tuottamiseksi | |
| Lopez-Covaleda et al. | Semi in-situ observation of crack initiation in compacted graphite iron during thermo mechanical fatigue | |
| JP2678046B2 (ja) | 熱交換器 | |
| JPS5817807B2 (ja) | 配管の熱処理方法 | |
| CN113484020B (zh) | 一种模拟航空发动机高温服役环境的热力化耦合试验装置 | |
| Zhang et al. | Application of Scaled Specimens in Evaluating Thermal Fatigue Performance of Cylinder Head | |
| Lorenzini et al. | Thermo-mechanical analysis of the exhaust manifold of a high performance turbocharged engine | |
| CN112945766A (zh) | 高温高压高频工况下热防护涂层可靠性等效验证试验方法 | |
| Carden et al. | THERMAL FATIGUE ANALYSIS OF A CRYOGENICALLY COOLED ROCKET NOZZLE. | |
| CN114720257B (zh) | 一种基于缩尺试样的构件材料热疲劳试验方法 | |
| CN114720258B (en) | Component material thermal fatigue performance test method based on reduced scale sample | |
| JP2004233274A (ja) | 高温圧縮試験装置 | |
| JPH10239216A (ja) | 金属製可撓管の高温疲労試験装置 | |
| Smith et al. | Cracking in cast iron diesel engine cylinder heads | |
| Dennis et al. | Cost benefits from improved hot section life prediction technology< 149> for aircraft engine combustor and turbine parts | |
| Chen et al. | Development of the 6.8 l v10 heat resisting cast-steel exhaust manifold | |
| CN117571242B (zh) | 变截面碳纤维树脂基复合材料高温振动模态试验装置 | |
| Chen et al. | Effect of maximum temperature on the thermal fatigue behavior of superalloy GH536 | |
| Stotter et al. | Analysis of Exhaust Valve Failure in Internal Combustion Engines |