JPH04143634A - 金属材料の熱疲労寿命の推定方法 - Google Patents
金属材料の熱疲労寿命の推定方法Info
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- JPH04143634A JPH04143634A JP26697690A JP26697690A JPH04143634A JP H04143634 A JPH04143634 A JP H04143634A JP 26697690 A JP26697690 A JP 26697690A JP 26697690 A JP26697690 A JP 26697690A JP H04143634 A JPH04143634 A JP H04143634A
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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、冨温で使用される機械構造物に用いられる金
属材料の熱疲労寿命の推定方法に関する。
属材料の熱疲労寿命の推定方法に関する。
鉄系材料の熱疲労寿命は９例えば、加熱と冷却にともな
う自由熱膨張変位を完全に拘束しく拘束率が１の条件）
、最高温度と最低温度の差が７００′Ｃの条件下で求め
た場合、寿命の短い材料で１００サイクル程度、寿命の
長い材料では５００サイクル以上を有する。また、加熱
・冷却の温度節回が大きいため、熱疲労試験機での１サ
イクルに要する時間は１０分前後を必要とするため、試
験片が破損するまで熱疲労試験を行うことによって。
う自由熱膨張変位を完全に拘束しく拘束率が１の条件）
、最高温度と最低温度の差が７００′Ｃの条件下で求め
た場合、寿命の短い材料で１００サイクル程度、寿命の
長い材料では５００サイクル以上を有する。また、加熱
・冷却の温度節回が大きいため、熱疲労試験機での１サ
イクルに要する時間は１０分前後を必要とするため、試
験片が破損するまで熱疲労試験を行うことによって。
各種金属材料の熱疲労寿命を求めるには、多大な時間と
労力を必要とする。そのため、熱疲労寿命を推定する方
法がいろいろ提案されている。
労力を必要とする。そのため、熱疲労寿命を推定する方
法がいろいろ提案されている。
特開昭６０−２５９９２９号には、比較的振幅の小さな
繰返しひずみに対する塑性ひずみを求め。
繰返しひずみに対する塑性ひずみを求め。
従来の高温低サイクル疲労試験で得られる定数β。
Ｃを用いた式で熱疲労寿命を予測する方法を開示してい
る。また、特開昭５３−６６８１９号には。
る。また、特開昭５３−６６８１９号には。
高炭素オーステナイト系遠心鋳造管の熱疲労寿命改善方
法として、高炭素オーステナイト系遠心鋳造管に過時効
熱処理を施して、基地中のＣｒ量を低下させることによ
り、繰返し疲労変形時の疲労損傷を表す応力−ひずみヒ
ステリシスの面積を小さくすることにより、寿命を向上
させる方法についての開示がある。これは、寿命向上前
の材料と寿命向上後の材料の、応力−ひずみヒステリシ
スの面積の変化から寿命の変化を検討し、改善しようと
するものである。
法として、高炭素オーステナイト系遠心鋳造管に過時効
熱処理を施して、基地中のＣｒ量を低下させることによ
り、繰返し疲労変形時の疲労損傷を表す応力−ひずみヒ
ステリシスの面積を小さくすることにより、寿命を向上
させる方法についての開示がある。これは、寿命向上前
の材料と寿命向上後の材料の、応力−ひずみヒステリシ
スの面積の変化から寿命の変化を検討し、改善しようと
するものである。
特開昭６０−２５９９２９号は、同一の材質についての
熱疲労寿命を推定するものである。従って、異なった材
質の熱疲労寿命を推定するには。
熱疲労寿命を推定するものである。従って、異なった材
質の熱疲労寿命を推定するには。
少なくとも２回以上異なった試験条件下で高温低サイク
ル疲労試験を行い、定数β、Ｃを求める必要があり、各
種材質の熱疲労寿命を推定するには。
ル疲労試験を行い、定数β、Ｃを求める必要があり、各
種材質の熱疲労寿命を推定するには。
多大な時間と労力を必要とする問題点がある。特開昭５
３−６６８１９号は、応力−ひずみヒステリシスループ
の面積を小さくすることによる熱疲労寿命の改善方法で
あり、その面積と寿命の関係からの寿命の推定はできな
い。
３−６６８１９号は、応力−ひずみヒステリシスループ
の面積を小さくすることによる熱疲労寿命の改善方法で
あり、その面積と寿命の関係からの寿命の推定はできな
い。
本発明の目的は、上記従来の問題点を解決し。
金属材料の範躊における異種材質の熱疲労寿命を推定す
ること、さらにそれを短時間で行うことを目的とする。
ること、さらにそれを短時間で行うことを目的とする。
本発明者は、各種金属材料の熱疲労試験を行った結果、
耐力が大きいほど熱疲労寿命が長くなるとの知見を得た
。また、一般に熱疲労試験では。
耐力が大きいほど熱疲労寿命が長くなるとの知見を得た
。また、一般に熱疲労試験では。
熱疲労寿命はエネルギ損失または塑性ひずみ範囲が小さ
いほど、長くなることが知られている。このことから、
耐力／エネルギ損失または耐力／塑性ひずみ範囲という
比をとって熱疲労寿命を整理した結果、この両者には、
良い直線関係が得られることがわかった。従って９本発
明は、この耐力／エネルギ損失および耐力／塑性ひずみ
範囲を用いて熱疲労寿命を推定する方法を提供する。
いほど、長くなることが知られている。このことから、
耐力／エネルギ損失または耐力／塑性ひずみ範囲という
比をとって熱疲労寿命を整理した結果、この両者には、
良い直線関係が得られることがわかった。従って９本発
明は、この耐力／エネルギ損失および耐力／塑性ひずみ
範囲を用いて熱疲労寿命を推定する方法を提供する。
本願の第１の発明は、少なくとも２種類以上の同一主成
分系の金属材料を用いて、１回の加熱と冷却を１サイク
ルとする熱疲労試験を行い、熱疲労寿命を求め、その熱
疲労試験のサイクルのエネルギ損失を測定し、一方、同
一材質の別の試験片を用い、引張試験で測定して求めら
れる耐力をエネルギ損失で除した値と熱疲労寿命の関係
を近似式化して、目的とする金属材料の熱疲労寿命をそ
の材料での耐力／エネルギ損失の値から推定することを
特徴とする。ここで、拘束率は、０を越える値であれば
十分であるが、一番望ましい拘束率は１（完全拘束）で
ある。また、熱疲労試験の最低温度が一４０℃以上で、
加熱・冷却での試験片標点部の最高温度と最低温度の差
は３００″Ｃ以上であることが望ましい。さらに、試験
片の拘束率がＯを越える値であり、最低温度が一４０℃
以上で、加熱Φ冷却での試験片標点部の最高温度と最低
温度の差が３００″Ｃ以上であると、より正確な推定が
できる。
分系の金属材料を用いて、１回の加熱と冷却を１サイク
ルとする熱疲労試験を行い、熱疲労寿命を求め、その熱
疲労試験のサイクルのエネルギ損失を測定し、一方、同
一材質の別の試験片を用い、引張試験で測定して求めら
れる耐力をエネルギ損失で除した値と熱疲労寿命の関係
を近似式化して、目的とする金属材料の熱疲労寿命をそ
の材料での耐力／エネルギ損失の値から推定することを
特徴とする。ここで、拘束率は、０を越える値であれば
十分であるが、一番望ましい拘束率は１（完全拘束）で
ある。また、熱疲労試験の最低温度が一４０℃以上で、
加熱・冷却での試験片標点部の最高温度と最低温度の差
は３００″Ｃ以上であることが望ましい。さらに、試験
片の拘束率がＯを越える値であり、最低温度が一４０℃
以上で、加熱Φ冷却での試験片標点部の最高温度と最低
温度の差が３００″Ｃ以上であると、より正確な推定が
できる。
本願の第２の発明は、少なくとも２種類以上の同−主成
分系の金属材料を用いて、１回の加熱と冷却を１サイク
ルとする熱疲労試験を行い、熱疲労寿命を求め、その熱
疲労試験のサイクルの塑性ひずみ範囲を測定し、一方、
同一材質の別の試験片を用い、引張試験で測定して求め
られる耐力を塑性ひずみ範囲で除した値と熱疲労寿命の
関係を近似式化して、目的とする金属材料の熱疲労寿命
をその材料での耐力／塑性ひずみ範囲の値から推定する
ことを特徴とする。ここで、拘束率は、Ｏを越える値で
あれば十分であるが、一番望ましい拘束率は１（完全拘
束）である。また、熱疲労試験の最低温度が−４０’Ｃ
以上で、加熱・冷却での試験片標点部の最高温度と最低
温度の差は３００゛Ｃ以上であることが望ましい。さら
に、試験片の拘束率がＯを越える値であり、ｉ低温度が
一４０℃以上で、加熱噂冷却での試験片標点部のＲ高温
度と最低温度の差が３００ ’Ｃ以上であると、より正
確な推定ができる。
分系の金属材料を用いて、１回の加熱と冷却を１サイク
ルとする熱疲労試験を行い、熱疲労寿命を求め、その熱
疲労試験のサイクルの塑性ひずみ範囲を測定し、一方、
同一材質の別の試験片を用い、引張試験で測定して求め
られる耐力を塑性ひずみ範囲で除した値と熱疲労寿命の
関係を近似式化して、目的とする金属材料の熱疲労寿命
をその材料での耐力／塑性ひずみ範囲の値から推定する
ことを特徴とする。ここで、拘束率は、Ｏを越える値で
あれば十分であるが、一番望ましい拘束率は１（完全拘
束）である。また、熱疲労試験の最低温度が−４０’Ｃ
以上で、加熱・冷却での試験片標点部の最高温度と最低
温度の差は３００゛Ｃ以上であることが望ましい。さら
に、試験片の拘束率がＯを越える値であり、ｉ低温度が
一４０℃以上で、加熱噂冷却での試験片標点部のＲ高温
度と最低温度の差が３００ ’Ｃ以上であると、より正
確な推定ができる。
本願第１の発明の具体的方法を以下（イ）から（チ）に
詳細に説明する。
詳細に説明する。
（イ） 試験片を拘束しないで、試験片標点部を均一に
加熱畳冷却し、試験片標点部の自由熱膨張による変位を
測定して、熱疲労試験を行う温度範囲の線膨張係数を求
める。
加熱畳冷却し、試験片標点部の自由熱膨張による変位を
測定して、熱疲労試験を行う温度範囲の線膨張係数を求
める。
（ロ） 発生する熱ひずみを制御する熱疲労試験におい
て、最低温度と最高温度の間で試験片標点部を均一に加
熱・冷却し、そのときの試験片端面に働く応力および試
験片標点部の温度、試験片標点部から検出される変位層
を測定する。この試験を試験片が破損するまで繰り返す
。（以下、この試験片が破損した時の繰返し数を熱疲労
寿命という。） （ハ） （ロ）で求めた変位量から（イ）で求めた自
由熱膨張による変位量を差し引くことにより。
て、最低温度と最高温度の間で試験片標点部を均一に加
熱・冷却し、そのときの試験片端面に働く応力および試
験片標点部の温度、試験片標点部から検出される変位層
を測定する。この試験を試験片が破損するまで繰り返す
。（以下、この試験片が破損した時の繰返し数を熱疲労
寿命という。） （ハ） （ロ）で求めた変位量から（イ）で求めた自
由熱膨張による変位量を差し引くことにより。
各温度での熱ひずみ量とする。そこで、温度Ｔ（Ｔｍｉ
ｎ≦Ｔ≦Ｔｍａｘ）において、試験片標点部の拘束率η
は（２）式で定義する。
ｎ≦Ｔ≦Ｔｍａｘ）において、試験片標点部の拘束率η
は（２）式で定義する。
ここで、εｖｈ（Ｔ）は温度Ｔにおける熱ひずみ。
α（Ｔ）は温度Ｔにおける線膨張係数、εｅｌ （Ｔ）
は伸び計より検出される温度Ｔにおける変位量、ηは拘
束率である。
は伸び計より検出される温度Ｔにおける変位量、ηは拘
束率である。
（ニ） 熱疲労試験の初期のサイクル（望ましくは、熱
疲労試験は長時間を必要とされるため、初期の１または
２サイクル目の熱疲労試験サイクルを用いる）の（ロ）
で求めた応力と（ハ）で求めた熱ひずみ量を用いて応力
−熱ひずみのヒステリシスループを描き、ループで囲ま
れた面積、すなわち、エネルギ損失を求める。
疲労試験は長時間を必要とされるため、初期の１または
２サイクル目の熱疲労試験サイクルを用いる）の（ロ）
で求めた応力と（ハ）で求めた熱ひずみ量を用いて応力
−熱ひずみのヒステリシスループを描き、ループで囲ま
れた面積、すなわち、エネルギ損失を求める。
（ホ） （イ）から（ニ）での熱疲労試験と同一材質
を用いて引張試験を行うことにより、耐力を求める。
を用いて引張試験を行うことにより、耐力を求める。
（へ） （ニ）と（ホ）を用いて耐力／エネルギ損失
を求める。
を求める。
以上（イ）から（へ）を異なる金属材料を２種類以上用
いて行い、耐力／エネルギ損失と熱疲労寿命の関係式を
求める。
いて行い、耐力／エネルギ損失と熱疲労寿命の関係式を
求める。
（ト） 目的とする同−主成分系の金属材料のある熱
疲労試験条件下での熱疲労寿命を推定するために（ニ）
（ホ）（へ）を行う。
疲労試験条件下での熱疲労寿命を推定するために（ニ）
（ホ）（へ）を行う。
（チ）（ト）で求めた値および先に求めた関係式を用い
て熱疲労寿命を推定する。ここで、耐力は、熱疲労寿命
を比較する材質間で同じ温度で測定されているのが望ま
しい。通常、室温の耐力を用いる。
て熱疲労寿命を推定する。ここで、耐力は、熱疲労寿命
を比較する材質間で同じ温度で測定されているのが望ま
しい。通常、室温の耐力を用いる。
本願第２の発明は、前記第１の発明の具体的方法におい
て、 （ニ）で得られるヒステリ／スループから塑性ひ
ずみ範囲Δε、（第５図参照）を求メ、（へ）（ト）の
エネルギ損失を塑性ひずみ範囲に置き換えることにより
行われる。
て、 （ニ）で得られるヒステリ／スループから塑性ひ
ずみ範囲Δε、（第５図参照）を求メ、（へ）（ト）の
エネルギ損失を塑性ひずみ範囲に置き換えることにより
行われる。
第１図を用いて１本願第１の発明の詳細な説明する。第
１図の縦軸の耐力／エネルギ損失の中のエネルギ損失は
、あるサイクルでの応力−ひずみヒステリシスの面積で
ある。また、耐力は、熱疲労試験で供した材料と同一材
質の引張試験片で引張試験を行い求めたものである。
１図の縦軸の耐力／エネルギ損失の中のエネルギ損失は
、あるサイクルでの応力−ひずみヒステリシスの面積で
ある。また、耐力は、熱疲労試験で供した材料と同一材
質の引張試験片で引張試験を行い求めたものである。
第１図は、４種類の鉄系材料のそれぞれの同一試験条件
下での耐力とエネルギ損失を用いて縦軸の耐力／エネル
ギ損失を求め、それぞれの熱疲労寿命との関係をプロッ
トした図である。第１図中の直線は１図中４材質から得
られた結果を最小２乗法により直線の関係式を求めて得
られたものである。熱疲労寿命を推定したい鉄系材料の
耐力。
下での耐力とエネルギ損失を用いて縦軸の耐力／エネル
ギ損失を求め、それぞれの熱疲労寿命との関係をプロッ
トした図である。第１図中の直線は１図中４材質から得
られた結果を最小２乗法により直線の関係式を求めて得
られたものである。熱疲労寿命を推定したい鉄系材料の
耐力。
および熱疲労試験を数サイクル行いエネルギ損失を求め
ることにより、耐力／エネルギ損失を求め。
ることにより、耐力／エネルギ損失を求め。
第１図中の直線の関係式を用いて熱疲労寿命を推定する
。
。
従って、異なる鉄系材料を２種類以上用いて。
耐力／エネルギ損失と熱疲労寿命の関係式を求めておけ
ば、熱疲労寿命の短いオーステナイト系鋳鉄や、熱疲労
寿命の長いフェライト系鋳鋼等の熱疲労寿命を短時間で
推定することができる。
ば、熱疲労寿命の短いオーステナイト系鋳鉄や、熱疲労
寿命の長いフェライト系鋳鋼等の熱疲労寿命を短時間で
推定することができる。
（実施例１） 本発明を実施するには、線膨張係数を求
めるための自由熱膨張試験、熱疲労寿命またはエネルギ
損失を求めるための熱疲労試験、耐力を求めるための引
張試験の３種を必要とする。
めるための自由熱膨張試験、熱疲労寿命またはエネルギ
損失を求めるための熱疲労試験、耐力を求めるための引
張試験の３種を必要とする。
以下に、これらの試験方法および試験条件の一実施例を
を示す。
を示す。
第３図に熱疲労試験装置の概要を示す。
自由熱膨張試験では、ロードセル５で検出される荷重が
０となるように制御を行い、試験片１標点部を高周波誘
導加熱装置４を用いて均一に加熱・冷却を行った。この
とき、試験片１標点部に溶接した熱電対３から検出され
る温度、試験片１標点部につきあてた伸び計２から検出
される変位をパーソナルコンピュータ１２を用いてフロ
ッピーディスクに記録した。この熱電対３から得られた
温度と伸び計２から検出される変位量との関係から線膨
張係数を求めた。この試験は、室温から９００℃までを
２分で昇温し、９００℃から室温までを４分で降温する
条件で行った。
０となるように制御を行い、試験片１標点部を高周波誘
導加熱装置４を用いて均一に加熱・冷却を行った。この
とき、試験片１標点部に溶接した熱電対３から検出され
る温度、試験片１標点部につきあてた伸び計２から検出
される変位をパーソナルコンピュータ１２を用いてフロ
ッピーディスクに記録した。この熱電対３から得られた
温度と伸び計２から検出される変位量との関係から線膨
張係数を求めた。この試験は、室温から９００℃までを
２分で昇温し、９００℃から室温までを４分で降温する
条件で行った。
熱疲労試験では、室温で無負荷の状態から、伸び計２で
検出される変位量がＯ９すなわち拘束率が１となるよう
に制御し、第４図（イ）の温度波形に示す下限温度Ｔｍ
１ｎま′で試験片１標点部の温度を上げる。このとき、
試験片１の熱膨張による変位が０となるように制御をか
けているため。
検出される変位量がＯ９すなわち拘束率が１となるよう
に制御し、第４図（イ）の温度波形に示す下限温度Ｔｍ
１ｎま′で試験片１標点部の温度を上げる。このとき、
試験片１の熱膨張による変位が０となるように制御をか
けているため。
試験片１には圧縮の荷重がかかる。その状態から。
第３図（イ）の温度サイクルを試験片１に与えた。
そのとき伸び計２より検出される変位およびロードセル
５より検出される応力は、それぞれ第３図（ロ）と（ホ
）に示すようになる。この試験の試験条件は、下限温度
Ｔｍ１ｎ１５０″Ｃ９上限温度Ｔｍａｘ９００″Ｃ１昇
温時間ｔｕｐ２分、降温時間ｔ ｄ ｏｗｎ ４分、上
限温度保持時間ｔｈｉ分である。熱ひずみは、伸び計２
より検出されるひずみ量から自由熱膨張ひずみ量を差し
引くことにより求めた。その熱ひずみ量とそのとき発生
する応力との関係を第４図に示す。第５図の応力−熱ひ
ずみのヒステリシスループを用い、ループで囲まれた面
積即ちエネルギ損失Ｓを求めた。
５より検出される応力は、それぞれ第３図（ロ）と（ホ
）に示すようになる。この試験の試験条件は、下限温度
Ｔｍ１ｎ１５０″Ｃ９上限温度Ｔｍａｘ９００″Ｃ１昇
温時間ｔｕｐ２分、降温時間ｔ ｄ ｏｗｎ ４分、上
限温度保持時間ｔｈｉ分である。熱ひずみは、伸び計２
より検出されるひずみ量から自由熱膨張ひずみ量を差し
引くことにより求めた。その熱ひずみ量とそのとき発生
する応力との関係を第４図に示す。第５図の応力−熱ひ
ずみのヒステリシスループを用い、ループで囲まれた面
積即ちエネルギ損失Ｓを求めた。
耐力は、室温で引張試験を行うことにより求めた。
耐力／エネルギ損失と熱疲労寿命の関係式を求めるため
、第１表に示す鉄系の４種類の材質Ａ。
、第１表に示す鉄系の４種類の材質Ａ。
Ｂ、 Ｃ，Ｄを用いた。ここで、材質Ａ、 Ｂは、
１８ｗｔ％のＣｒを含有するフェライト系ステンレス鋳
鋼であり、Ｃはニレジスト鋳鉄と呼称されるＦＣＤＡ−
ＮｉＳｉＣｒ ３５ ５ ２．Ｄは同じ＜ＦＣＤＡ−
ＮｉＣｒ ２０ ２ である。 これらの４材質に
ついて、熱疲労試験、自由熱膨張試験および引張試験を
行った。その試験結果を第１表に示す。
１８ｗｔ％のＣｒを含有するフェライト系ステンレス鋳
鋼であり、Ｃはニレジスト鋳鉄と呼称されるＦＣＤＡ−
ＮｉＳｉＣｒ ３５ ５ ２．Ｄは同じ＜ＦＣＤＡ−
ＮｉＣｒ ２０ ２ である。 これらの４材質に
ついて、熱疲労試験、自由熱膨張試験および引張試験を
行った。その試験結果を第１表に示す。
第１表
材質Ａ
Ｂ、Ｃ，Ｄの試験結果
そして、第１表の熱疲労寿命を横軸に、耐力／エネルギ
損失を縦軸にプロットした関係図を第１図に示す。次に
、Ｒ小２乗法により求められた熱疲労寿命と耐力／エネ
ルギ損、失の関係式は次式である。
損失を縦軸にプロットした関係図を第１図に示す。次に
、Ｒ小２乗法により求められた熱疲労寿命と耐力／エネ
ルギ損、失の関係式は次式である。
Ｎｆ ＝ ２０１ＸＰ −４５（３）ここ
で Ｎｆ：熱疲労寿命（回） Ｐ ：耐力／エネルギ損失（Ｘ１０２）つぎに、 （３
）式から９本発明の熱疲労寿命の推定方法の検討を行う
ため、第２表に示す２種類の材質Ｅ、 Ｆを用いて前
記と同様の室温耐力とエネルギ損失を求めるための試験
を行った。ここで材質Ｅ、Ｆは、フェライト系ステンレ
ス９ｆｔｆＪＡである。その結果を第２表に示す。
で Ｎｆ：熱疲労寿命（回） Ｐ ：耐力／エネルギ損失（Ｘ１０２）つぎに、 （３
）式から９本発明の熱疲労寿命の推定方法の検討を行う
ため、第２表に示す２種類の材質Ｅ、 Ｆを用いて前
記と同様の室温耐力とエネルギ損失を求めるための試験
を行った。ここで材質Ｅ、Ｆは、フェライト系ステンレ
ス９ｆｔｆＪＡである。その結果を第２表に示す。
第２表 材質Ｅ、Ｆの試験結果
第２表中の耐力／エネルギ損失から（３）式を用いて熱
疲労寿命を推定した結果と、実際に熱疲労試験により求
められた熱疲労寿命との差異を第３表に示す。
疲労寿命を推定した結果と、実際に熱疲労試験により求
められた熱疲労寿命との差異を第３表に示す。
第３表 実際の熱疲労寿命と予測寿命
第３表に示す通り。
実際の寿命と予測寿命の差
はＥが２．８％、Ｆが１．７％とわずかであり。
各種鉄系材料の熱疲労寿命の推定が可能である。
（実施例２） 本発明を実施するには、線膨張係数を求
めるための自由熱膨張試験、熱疲労寿命またはエネルギ
損失を求めるための熱疲労試験、耐力を求めるための引
張試験の３種を必要とする。
めるための自由熱膨張試験、熱疲労寿命またはエネルギ
損失を求めるための熱疲労試験、耐力を求めるための引
張試験の３種を必要とする。
以下に、これらの試験方法および試験条件の一実施例を
示す。
示す。
第５図に熱疲労試験装置の概要を示す。
自由熱膨張試験では、ロードセル５で検出される荷重が
０となるように制御を行い、試験片１標点部を高周波誘
導加熱装置４を用いて均一に加熱・冷却を行った。この
とき、試験片１標点部に溶接した熱電対３から検出され
る温度、試験片１標点部につきあてた伸び計２から検出
される変位をパーソナルコンピュータ１２を用いてフロ
ッピーディスクに記録した。この熱電対３から得られた
温度と伸び計２から検出される変位量との関係から線膨
張係数を求めた。この試験は、室温から９００℃までを
２分で昇温し、９００℃から室温までを４分で降温する
条件で行った。
０となるように制御を行い、試験片１標点部を高周波誘
導加熱装置４を用いて均一に加熱・冷却を行った。この
とき、試験片１標点部に溶接した熱電対３から検出され
る温度、試験片１標点部につきあてた伸び計２から検出
される変位をパーソナルコンピュータ１２を用いてフロ
ッピーディスクに記録した。この熱電対３から得られた
温度と伸び計２から検出される変位量との関係から線膨
張係数を求めた。この試験は、室温から９００℃までを
２分で昇温し、９００℃から室温までを４分で降温する
条件で行った。
熱疲労試験では、室温で無負荷の状態から、伸び計２で
検出される変位量がＯｌすなわち拘束率が１となるよう
に制御し、第３図（イ）の温度波形に示す下限温度Ｔｍ
１ｎまで試験片１標点部の温度を上げる。このとき、試
験片１の熱膨張による変位が０となるように制御をかけ
ているため。
検出される変位量がＯｌすなわち拘束率が１となるよう
に制御し、第３図（イ）の温度波形に示す下限温度Ｔｍ
１ｎまで試験片１標点部の温度を上げる。このとき、試
験片１の熱膨張による変位が０となるように制御をかけ
ているため。
試験片１には圧縮の荷重がかかる。その状態から。
第３図（イ）の温度サイクルを試験片１に与えた。
そのとき伸び計２より検出される変位およびロードセル
５より検出される応力は、それぞれ第３図（ロ）と（ホ
）に示すようになる。この試験の試験条件は、下限温度
Ｔｍ１ｎ１５０℃、上限温度Ｔｍａｘ９００℃２昇温時
間ｔｕｐ２分、降温時間ｔ ｄ ｏｗｎ ４分、上限温
度保持時間ｔｈ１分である。熱ひずみは、伸び計２より
検出されるひずみ量から自由熱膨張ひずみ量を差し引く
ことにより求めた。その熱ひずみ量とそのとき発生する
応力との関係を第５図に示す。第５図の応力−熱ひずみ
のヒステリンスルーブと熱ひずみ軸との交点間の距離、
即ち、塑性ひずみ範囲を求めた。
５より検出される応力は、それぞれ第３図（ロ）と（ホ
）に示すようになる。この試験の試験条件は、下限温度
Ｔｍ１ｎ１５０℃、上限温度Ｔｍａｘ９００℃２昇温時
間ｔｕｐ２分、降温時間ｔ ｄ ｏｗｎ ４分、上限温
度保持時間ｔｈ１分である。熱ひずみは、伸び計２より
検出されるひずみ量から自由熱膨張ひずみ量を差し引く
ことにより求めた。その熱ひずみ量とそのとき発生する
応力との関係を第５図に示す。第５図の応力−熱ひずみ
のヒステリンスルーブと熱ひずみ軸との交点間の距離、
即ち、塑性ひずみ範囲を求めた。
耐力は、室温で引張試験を行うことにより求めた。
耐力／塑性ひずみ範囲と熱疲労寿命の関係式を求めるた
め、第１表に示す鉄系の４種類の材質Ｇ。
め、第１表に示す鉄系の４種類の材質Ｇ。
Ｈ，Ｉ、 Ｊを用いた。ここで、材質Ｇ、 Ｈ，Ｉ
は。
は。
１８ｗｔ％のＣｒを含有するフェライト系ステンレス鋳
鋼であり、Ｊはニレジスト鋳鉄と呼称されるＦＣＤＡ−
ＮｉＣｒ ２０ ２ である。 これらの４材質につ
いて、熱疲労試験、自由熱膨張試験および引張試験を行
った。その試験結果を第４表に示す。
鋼であり、Ｊはニレジスト鋳鉄と呼称されるＦＣＤＡ−
ＮｉＣｒ ２０ ２ である。 これらの４材質につ
いて、熱疲労試験、自由熱膨張試験および引張試験を行
った。その試験結果を第４表に示す。
第４表 材質Ｇ、 Ｈ，Ｉ、 Ｊの試験結果そして。
第４表の熱疲労寿命を横軸に。
耐力／塑
性ひずみ範囲を縦軸にプロットした関係図を第２図に示
す。次に、最小２乗法により求められた熱疲労寿命と耐
力／塑性ひずみ範囲の関係式は次式である。
す。次に、最小２乗法により求められた熱疲労寿命と耐
力／塑性ひずみ範囲の関係式は次式である。
Ｎｆ
４６ＸＱ ＋６ （４）ここで
Ｎｆ：熱疲労寿命（回） Ｑ ：耐力／塑性ひずみ範囲（Ｘ １０２）つぎに、
（４）式から５本発明の熱疲労寿命の推定方法の検討を
行うため、第５表に示す２種類の材質に、 Ｌを用い
て前記と同様の室温耐力と塑性ひずみ範囲を求めるため
の試験を行った。ここで、材質に、 Ｌは、フェライ
ト系ステンレス鋳鋼である。その結果を第５表に示す。
Ｎｆ：熱疲労寿命（回） Ｑ ：耐力／塑性ひずみ範囲（Ｘ １０２）つぎに、
（４）式から５本発明の熱疲労寿命の推定方法の検討を
行うため、第５表に示す２種類の材質に、 Ｌを用い
て前記と同様の室温耐力と塑性ひずみ範囲を求めるため
の試験を行った。ここで、材質に、 Ｌは、フェライ
ト系ステンレス鋳鋼である。その結果を第５表に示す。
第５表
材質に、 Ｌの試験結果
第５表中の耐力／エネルギ損失から（４）式を用いて熱
疲労寿命を推定した結果と、実際に熱疲労試験により求
められた熱疲労寿命との差異を第６表に示す。
疲労寿命を推定した結果と、実際に熱疲労試験により求
められた熱疲労寿命との差異を第６表に示す。
第６表 実際の熱疲労寿命と予測寿命
第６表に示す通り、実際の寿命と予測寿命の差はＫが３
．５％、Ｌが３．９％とわずかであり。
．５％、Ｌが３．９％とわずかであり。
各種鉄系材料の熱疲労寿命の推定が可能である。
熱疲労寿命が比較的短いニレジスト鋳鉄や、主相が大き
く異なる熱疲労寿命の長いフェライト系ステンレス鋳鋼
から得られる熱疲労寿命推定式を用いても、熱疲労寿命
の未知なその他の材料についての耐力／エネルギ損失ま
たは耐力／塑性ひずみ範囲を求めることにより寿命の推
定が可能である。このことより、熱疲労寿命の長い金属
材料を破損するまで長時間かけて試験する必要がなくな
り、材料の開発工数の大幅な短縮ができるものである。
く異なる熱疲労寿命の長いフェライト系ステンレス鋳鋼
から得られる熱疲労寿命推定式を用いても、熱疲労寿命
の未知なその他の材料についての耐力／エネルギ損失ま
たは耐力／塑性ひずみ範囲を求めることにより寿命の推
定が可能である。このことより、熱疲労寿命の長い金属
材料を破損するまで長時間かけて試験する必要がなくな
り、材料の開発工数の大幅な短縮ができるものである。
第１図は熱疲労寿命と耐力／エネルギ損失の関係図、第
２図は熱疲労寿命と耐力／塑性ひずみ範囲の関係図、第
３図は熱疲労試験に用いた試験機の制御ブロック図、第
４図は１ザイクル中の温度。 伸び計から検出されるひずみ量、自由熱膨張ひずみ量、
熱ひずみ量、および応力の時間に伴う変化を示した模式
図、第５図は第４図中の応力と熱ひずみ量の関係を示す
模式図である。 試験片 伸び８１ 高周波誘導加熱装置。 ロードセル。 パーソナルコンピューター 第 図 熱良付寿命 ＮｆＣ回） 塚 図 餡疲労存命Ｎｔ（回） 悌 囚 第 図
２図は熱疲労寿命と耐力／塑性ひずみ範囲の関係図、第
３図は熱疲労試験に用いた試験機の制御ブロック図、第
４図は１ザイクル中の温度。 伸び計から検出されるひずみ量、自由熱膨張ひずみ量、
熱ひずみ量、および応力の時間に伴う変化を示した模式
図、第５図は第４図中の応力と熱ひずみ量の関係を示す
模式図である。 試験片 伸び８１ 高周波誘導加熱装置。 ロードセル。 パーソナルコンピューター 第 図 熱良付寿命 ＮｆＣ回） 塚 図 餡疲労存命Ｎｔ（回） 悌 囚 第 図
Claims (5)
- （１）常温以上の温度で熱サイクルを受ける金属材料に
おいて、主成分が同一系の金属材料を少なくとも２種類
以上用いて、ある温度範囲で１回の加熱と冷却を１サイ
クルとし、塑性ひずみを生じる熱疲労試験を行い、熱疲
労寿命を求め、その熱疲労試験サイクルの応力−ひずみ
ヒステリシスループの面積（以下エネルギ損失という）
を測定し、一方、前記熱疲労試験と同一材質の別の試験
片を用い、引張試験で測定して求められる耐力をエネル
ギ損失で除した値と熱疲労寿命の関係を近似式化して、
目的とする金属材料の熱疲労寿命をその材料での耐力／
エネルギ損失の値から推定することを特徴とする金属材
料の熱疲労寿命の推定方法。 - （２）常温以上の温度で熱サイクルを受ける金属材料に
おいて、主成分が同一系の金属材料を少なくとも２種類
以上用いて、ある温度範囲で１回の加熱と冷却を１サイ
クルとし、塑性ひずみを生じる熱疲労試験を行い、熱疲
労寿命を求め、その熱疲労試験サイクルの応力−ひずみ
ヒステリシスループから塑性ひずみ範囲を測定し、一方
、前記熱疲労試験と同一材質の別の試験片を用い、引張
試験で測定して求められる耐力を塑性ひずみ範囲で除し
た値と熱疲労寿命の関係を近似式化して、目的とする金
属材料の熱疲労寿命をその材料での耐力／塑性ひずみ範
囲の値から推定することを特徴とする金属材料の熱疲労
寿命の推定方法。 - （３）拘束率が０を越えることを特徴とする請求項１お
よび請求項２記載の金属材料の熱疲労寿命の推定方法。 - （４）最低温度が−４０℃以上で、前記加熱と冷却での
試験片標点部の最高温度と最低温度の差が３００℃以上
であることを特徴とする請求項１および請求項２記載の
金属材料の熱疲労寿命の推定方法。 - （５）拘束率が０を越える値で、最低温度が−４０℃以
上、前記加熱と冷却での試験片標点部の最高温度と最低
温度の差が３００℃以上であることを特徴とする請求項
１および請求項２記載の金属材料の熱疲労寿命の推定方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26697690A JPH04143634A (ja) | 1990-10-04 | 1990-10-04 | 金属材料の熱疲労寿命の推定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26697690A JPH04143634A (ja) | 1990-10-04 | 1990-10-04 | 金属材料の熱疲労寿命の推定方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04143634A true JPH04143634A (ja) | 1992-05-18 |
Family
ID=17438330
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26697690A Pending JPH04143634A (ja) | 1990-10-04 | 1990-10-04 | 金属材料の熱疲労寿命の推定方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04143634A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6801871B2 (en) * | 2000-04-14 | 2004-10-05 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Method and equipment for assessing the life of members put under high in-service temperature environment for long period |
| JP2006302293A (ja) * | 2005-04-21 | 2006-11-02 | General Electric Co <Ge> | 機械を診断するための方法およびシステム |
| JP2008058017A (ja) * | 2006-08-29 | 2008-03-13 | Shimadzu Corp | 金属熱疲労試験機 |
| JP2015219210A (ja) * | 2014-05-21 | 2015-12-07 | 株式会社コベルコ科研 | 熱疲労試験方法及び試験片 |
| CN106248508A (zh) * | 2016-08-11 | 2016-12-21 | 何满潮 | 模拟应变岩爆的实验方法 |
| WO2024180989A1 (ja) * | 2023-02-28 | 2024-09-06 | 株式会社小松製作所 | 熱疲労寿命予測装置、熱疲労寿命予測システム、熱疲労寿命予測方法、及びプログラム |
-
1990
- 1990-10-04 JP JP26697690A patent/JPH04143634A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6801871B2 (en) * | 2000-04-14 | 2004-10-05 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Method and equipment for assessing the life of members put under high in-service temperature environment for long period |
| JP2006302293A (ja) * | 2005-04-21 | 2006-11-02 | General Electric Co <Ge> | 機械を診断するための方法およびシステム |
| JP2008058017A (ja) * | 2006-08-29 | 2008-03-13 | Shimadzu Corp | 金属熱疲労試験機 |
| JP2015219210A (ja) * | 2014-05-21 | 2015-12-07 | 株式会社コベルコ科研 | 熱疲労試験方法及び試験片 |
| CN106248508A (zh) * | 2016-08-11 | 2016-12-21 | 何满潮 | 模拟应变岩爆的实验方法 |
| WO2024180989A1 (ja) * | 2023-02-28 | 2024-09-06 | 株式会社小松製作所 | 熱疲労寿命予測装置、熱疲労寿命予測システム、熱疲労寿命予測方法、及びプログラム |
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