JPH08297080A - 小型試験片による破壊靭性試験方法 - Google Patents
小型試験片による破壊靭性試験方法Info
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- JPH08297080A JPH08297080A JP12451595A JP12451595A JPH08297080A JP H08297080 A JPH08297080 A JP H08297080A JP 12451595 A JP12451595 A JP 12451595A JP 12451595 A JP12451595 A JP 12451595A JP H08297080 A JPH08297080 A JP H08297080A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】本発明は、従来「無効」と判断されていた小型
試験片からも「有効」な破壊靭性値が得られる小型試験
片による破壊靭性試験方法を提供する。 【構成】本発明は、小型試験片２の疲労予亀裂部４の両
側近傍を炭酸ガスレーザによる局部焼入れによって硬化
処理しておき、この小型試験片２の三点曲げ試験を行
い、得られた荷重Ｐと亀裂開口変位Ｖg とから破壊靭性
値Ｋ1Cを算出する。これにより、疲労予亀裂部４の両側
近傍を硬くして塑性変形し難くし、亀裂先端部の三軸拘
束度を増大させ、小型試験片２からでも、破壊力学で重
要となる平面ひずみ状態の破壊靭性値Ｋ1Cを得られるよ
うにして、従来「無効」と判断されていた小型試験片２
からも「有効」な破壊靭性値が得られるようにした。
試験片からも「有効」な破壊靭性値が得られる小型試験
片による破壊靭性試験方法を提供する。 【構成】本発明は、小型試験片２の疲労予亀裂部４の両
側近傍を炭酸ガスレーザによる局部焼入れによって硬化
処理しておき、この小型試験片２の三点曲げ試験を行
い、得られた荷重Ｐと亀裂開口変位Ｖg とから破壊靭性
値Ｋ1Cを算出する。これにより、疲労予亀裂部４の両側
近傍を硬くして塑性変形し難くし、亀裂先端部の三軸拘
束度を増大させ、小型試験片２からでも、破壊力学で重
要となる平面ひずみ状態の破壊靭性値Ｋ1Cを得られるよ
うにして、従来「無効」と判断されていた小型試験片２
からも「有効」な破壊靭性値が得られるようにした。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、例えば化学プラントな
ど高温機器など構成する実部材の破壊靭性値を求めるの
に適した小型試験片による破壊靭性試験方法に関する。
ど高温機器など構成する実部材の破壊靭性値を求めるの
に適した小型試験片による破壊靭性試験方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】化学プラント等では高温機器の長期使用
により、同機器において各種の経年変化や割れを生じる
ことがある。
により、同機器において各種の経年変化や割れを生じる
ことがある。
【０００３】そのため、その余寿命診断を行う機会が増
大している。その際は、機器を構成する実部材の破壊靭
性値をいかに正確に求められるかが重要となる。
大している。その際は、機器を構成する実部材の破壊靭
性値をいかに正確に求められるかが重要となる。
【０００４】こうした実部材の破壊靭性値Ｋ1Cは、図２
６に示すリアクタなど実機１から、図２７および図２８
に示されるような三点曲げタイプの試験片２を採取し、
この試験片２の破壊試験を行うことで得られる結果に基
づいて算出している。
６に示すリアクタなど実機１から、図２７および図２８
に示されるような三点曲げタイプの試験片２を採取し、
この試験片２の破壊試験を行うことで得られる結果に基
づいて算出している。
【０００５】すなわち、通常、破壊靭性値Ｋ1Cは、図２
８にも示されるように三点曲げ機αを用い、三点曲げタ
イプの試験片２の中央から荷重Ｐを加えて三点曲げを施
し、このときクリップゲージ３で反対側の疲労予亀裂部
で生じる亀裂開口変位Ｖg を検出し、結果をアンプ５を
通じてＸ−Ｙレコーダ６に出力するという破壊試験を行
い、そのときに得られる荷重Ｐと亀裂開口変位Ｖg との
関係線図（Ｐ−Ｖg 線図）より、破壊靭性試験基準（JS
ME S 001）に基づいて算出される。
８にも示されるように三点曲げ機αを用い、三点曲げタ
イプの試験片２の中央から荷重Ｐを加えて三点曲げを施
し、このときクリップゲージ３で反対側の疲労予亀裂部
で生じる亀裂開口変位Ｖg を検出し、結果をアンプ５を
通じてＸ−Ｙレコーダ６に出力するという破壊試験を行
い、そのときに得られる荷重Ｐと亀裂開口変位Ｖg との
関係線図（Ｐ−Ｖg 線図）より、破壊靭性試験基準（JS
ME S 001）に基づいて算出される。
【０００６】ついで、この破壊靭性値Ｋ1Cを評価して、
有効な破壊靭性値Ｋ1Cであるか否かを判定している。
有効な破壊靭性値Ｋ1Cであるか否かを判定している。
【０００７】この評価手順は、まず、小規模降伏条件
（線形破壊力学による条件）を満足するか否かを判定す
る。
（線形破壊力学による条件）を満足するか否かを判定す
る。
【０００８】この判定は、図２９、図３０に示されてい
るように試験による関係線図で得られる最大荷重Ｐmax
と９５％傾き線と接するときの荷重ＰQ の比（Ｐmax ／
ＰQ）でもって、Ｐmax ／ＰQ が１．１以下のときは
「満足」、１．１以上のときは「満足せず」と判定され
る。
るように試験による関係線図で得られる最大荷重Ｐmax
と９５％傾き線と接するときの荷重ＰQ の比（Ｐmax ／
ＰQ）でもって、Ｐmax ／ＰQ が１．１以下のときは
「満足」、１．１以上のときは「満足せず」と判定され
る。
【０００９】ここで、「満足」と判定されると、そのと
き求めた荷重ＰQ と試験片２の寸法値により図３０で示
されるように与式にしたがって破壊靭性値Ｋ1Cは得られ
ることとなる。
き求めた荷重ＰQ と試験片２の寸法値により図３０で示
されるように与式にしたがって破壊靭性値Ｋ1Cは得られ
ることとなる。
【００１０】また「満足せず」と判定されたときでも、
大規模降伏条件、すなわち図３１および図３２に示され
る弾塑性破壊力学（Ｊ積分法）の条件を満足すれば、そ
こで求まるＪ値により破壊靭性値Ｋ1Cが得られる。
大規模降伏条件、すなわち図３１および図３２に示され
る弾塑性破壊力学（Ｊ積分法）の条件を満足すれば、そ
こで求まるＪ値により破壊靭性値Ｋ1Cが得られる。
【００１１】具体的には、弾塑性破壊力学による評価に
必要なＪ値は、図３１に示すＰ−Ｖg 曲線下の部位の面
積Ａにより、与式にしたがい試験片２の寸法値に基づき
求められる。
必要なＪ値は、図３１に示すＰ−Ｖg 曲線下の部位の面
積Ａにより、与式にしたがい試験片２の寸法値に基づき
求められる。
【００１２】ここで、求めたＪ値を材料の降伏強度σy
で割って２５倍した値が、板厚Ｂかリガメント幅ｂ0 の
小さい方の寸法より小さいときは、そのＪ値は「有効」
と判定され、与式にしたがいそのＪ値より有効な破壊靭
性値Ｋ1Cは得られる。
で割って２５倍した値が、板厚Ｂかリガメント幅ｂ0 の
小さい方の寸法より小さいときは、そのＪ値は「有効」
と判定され、与式にしたがいそのＪ値より有効な破壊靭
性値Ｋ1Cは得られる。
【００１３】しかし、２５（Ｊ／σy ）の値が、板厚Ｂ
かリガメント幅ｂ0 の小さい方の寸法より大きいとき
は、そのＪ値は「無効」と判定され、有効な破壊靭性値
Ｋ1Cは得られなくなる。
かリガメント幅ｂ0 の小さい方の寸法より大きいとき
は、そのＪ値は「無効」と判定され、有効な破壊靭性値
Ｋ1Cは得られなくなる。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、一般的に試
験片サイズが小さくなると、試験部（疲労予亀裂先端
部）の三軸拘束度が緩和され、Ｐ−Ｖg 線図の湾曲度が
大きくなり、破壊力学で重要となる平面ひずみ状態の破
壊靭性値Ｋ1Cは得られなくなる。
験片サイズが小さくなると、試験部（疲労予亀裂先端
部）の三軸拘束度が緩和され、Ｐ−Ｖg 線図の湾曲度が
大きくなり、破壊力学で重要となる平面ひずみ状態の破
壊靭性値Ｋ1Cは得られなくなる。
【００１５】つまり、試験片サイズが小さくなると、Ｊ
値の算出に必要なＰ−Ｖg 曲線下の面積Ａが大きくなり
すぎて、Ｊ値は無効となり、破壊靭性値Ｋ1Cは得られな
くなる。
値の算出に必要なＰ−Ｖg 曲線下の面積Ａが大きくなり
すぎて、Ｊ値は無効となり、破壊靭性値Ｋ1Cは得られな
くなる。
【００１６】したがって、有効な破壊靭性値を得るため
には、試験片サイズを大きくする必要がある。
には、試験片サイズを大きくする必要がある。
【００１７】そこで、通常は試験片厚さＢ≧２０〜５０
mmの試験片サイズを用いる。
mmの試験片サイズを用いる。
【００１８】ところが、試験片サイズを大きくすると、
実機に与えるダメージが大きくなるため問題がある。
実機に与えるダメージが大きくなるため問題がある。
【００１９】このため、実際には廃却する機器から試験
片を切り出し、その試験結果をつぎの機器の設計に適用
するのみで、現在稼働中の機器の余寿命診断に適用する
までには至っていない。
片を切り出し、その試験結果をつぎの機器の設計に適用
するのみで、現在稼働中の機器の余寿命診断に適用する
までには至っていない。
【００２０】本発明は上記事情に着目してなされたもの
で、その目的とするところは、従来「無効」と判断され
ていた小型試験片からも「有効」な破壊靭性値が得られ
るようにした小型試験片による破壊靭性試験方法を提供
することにある。
で、その目的とするところは、従来「無効」と判断され
ていた小型試験片からも「有効」な破壊靭性値が得られ
るようにした小型試験片による破壊靭性試験方法を提供
することにある。
【００２１】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に請求項１に記載した発明は、小型試験片の疲労予亀裂
部の両側近傍を硬化処理した後、三点曲げ試験を行い、
得られた荷重と亀裂開口変位とから破壊靭性値を算出す
ることにある。
に請求項１に記載した発明は、小型試験片の疲労予亀裂
部の両側近傍を硬化処理した後、三点曲げ試験を行い、
得られた荷重と亀裂開口変位とから破壊靭性値を算出す
ることにある。
【００２２】請求項２に記載した発明は、上記目的に加
え、常に「有効」な破壊靭性値が得られるようにするた
めに、請求項１に記載の小型試験片を、疲労予亀裂に平
行な部分（ｂ0 ）が２．５以上５．０mm以下の範囲に規
定したことにある。
え、常に「有効」な破壊靭性値が得られるようにするた
めに、請求項１に記載の小型試験片を、疲労予亀裂に平
行な部分（ｂ0 ）が２．５以上５．０mm以下の範囲に規
定したことにある。
【００２３】請求項３に記載した発明は、上記目的に加
え、好ましい硬化処理が行えるよう、請求項１の硬化処
理に、炭酸ガスレーザによる焼入れ又は電子ビームによ
る焼入れ、拡散溶接による超硬補助部材の溶接又は電子
ビームによる超硬補助部材の溶接を用いたことにある。
え、好ましい硬化処理が行えるよう、請求項１の硬化処
理に、炭酸ガスレーザによる焼入れ又は電子ビームによ
る焼入れ、拡散溶接による超硬補助部材の溶接又は電子
ビームによる超硬補助部材の溶接を用いたことにある。
【００２４】
【作用】請求項１に記載した発明によると、小型試験片
は、疲労予亀裂部（試験部）の両側近傍が硬くなる。
は、疲労予亀裂部（試験部）の両側近傍が硬くなる。
【００２５】この硬い部分は塑性変形し難いため、その
近傍の亀裂先端部（試験部）の三軸拘束度（変形拘束
度）が増大する。
近傍の亀裂先端部（試験部）の三軸拘束度（変形拘束
度）が増大する。
【００２６】このことは、小さい試験片からでも、破壊
力学で重要となる平面ひずみ状態の破壊靭性値が得られ
るようになり、従来「無効」と判断されていた小型試験
片からも「有効」な破壊靭性値が得られるようになる。
力学で重要となる平面ひずみ状態の破壊靭性値が得られ
るようになり、従来「無効」と判断されていた小型試験
片からも「有効」な破壊靭性値が得られるようになる。
【００２７】この結果、機器の余肉部からの試験片の採
取が可能となり、稼働中の機器の余寿命診断が可能とな
る。
取が可能となり、稼働中の機器の余寿命診断が可能とな
る。
【００２８】請求項２に記載した発明によると、常に
「有効」な破壊靭性値が得られるようになる。
「有効」な破壊靭性値が得られるようになる。
【００２９】請求項３に記載した発明によると、試験に
適した好ましい硬化処理が行えるようになる。
適した好ましい硬化処理が行えるようになる。
【００３０】
【実施例】以下、本発明を図１ないし図２３にもとづい
て説明する。
て説明する。
【００３１】図１および図２に示されるように疲労予亀
裂部４の両側近傍を硬化処理した試験片２を製作した。
なお、試験片２の全体は、全て実部材１ａである。
裂部４の両側近傍を硬化処理した試験片２を製作した。
なお、試験片２の全体は、全て実部材１ａである。
【００３２】これには、つぎの表１に示されるような試
験片の種類、焼入れを施していない比較例（原厚の試験
片を含む）を用意した。
験片の種類、焼入れを施していない比較例（原厚の試験
片を含む）を用意した。
【００３３】
【表１】 すなわち、試験片２の板厚Ｂは、原厚の２０mm（以降、
原厚試験片）と、小型の５mm（以降、板厚５mm小型試験
片）、２．５mm（以降、２．５mm小型試験片）の三種類
がある。
原厚試験片）と、小型の５mm（以降、板厚５mm小型試験
片）、２．５mm（以降、２．５mm小型試験片）の三種類
がある。
【００３４】そして、板厚５mm小型試験片と板厚２．５
mm小型試験片には、疲労予亀裂部の両側近傍を局部的に
硬くするために疲労予亀裂が入る位置を挟んで両側に予
め炭酸ガスレーザに局部焼入れを施したものも用意し
た。２ａは、その焼入れが施された炭酸ガスレーザ焼入
れ部を示している。
mm小型試験片には、疲労予亀裂部の両側近傍を局部的に
硬くするために疲労予亀裂が入る位置を挟んで両側に予
め炭酸ガスレーザに局部焼入れを施したものも用意し
た。２ａは、その焼入れが施された炭酸ガスレーザ焼入
れ部を示している。
【００３５】炭酸ガスレーザ焼入れ条件は、母材部と焼
入れ部２ａとの硬度差を［Ｈv max／ＨV B ］＝２．７
倍にするために、板厚５mm小型試験片はレーザ出力を
１．８kw、レーザトーチの走査速度を１．０m/min に設
定し、板厚２．５mm小型試験片はレーザ出力を１．０k
w、レーザトーチの走査速度を１．５m/min に設定し
た。更に板厚５mm小型試験片には、母材部と焼入れ部２
ａの硬度差を約２．０倍にした（レーザ出力；１．５k
w、レーザトーチの走査速度を１．２m/min ）ものも用
意した。
入れ部２ａとの硬度差を［Ｈv max／ＨV B ］＝２．７
倍にするために、板厚５mm小型試験片はレーザ出力を
１．８kw、レーザトーチの走査速度を１．０m/min に設
定し、板厚２．５mm小型試験片はレーザ出力を１．０k
w、レーザトーチの走査速度を１．５m/min に設定し
た。更に板厚５mm小型試験片には、母材部と焼入れ部２
ａの硬度差を約２．０倍にした（レーザ出力；１．５k
w、レーザトーチの走査速度を１．２m/min ）ものも用
意した。
【００３６】図３および図４には、この母材部と焼入れ
部２ａの硬度差を２．７倍に設定してレーザ焼入れを施
した板厚５mm小型試験片の図２中、ＡーＡ線に沿う部位
の断面マクロ組織（金属組織）の顕微鏡写真および硬さ
の分布例が示され、図６および図７には、更に硬度差を
２．０倍に設定してレーザ焼入れを施した板厚５mm小型
試験片の図５中、ＣーＣ線に沿う部位の断面マクロ組織
（金属組織）の顕微鏡写真および硬さの分布例が示して
ある。
部２ａの硬度差を２．７倍に設定してレーザ焼入れを施
した板厚５mm小型試験片の図２中、ＡーＡ線に沿う部位
の断面マクロ組織（金属組織）の顕微鏡写真および硬さ
の分布例が示され、図６および図７には、更に硬度差を
２．０倍に設定してレーザ焼入れを施した板厚５mm小型
試験片の図５中、ＣーＣ線に沿う部位の断面マクロ組織
（金属組織）の顕微鏡写真および硬さの分布例が示して
ある。
【００３７】このときの疲労予亀裂部４の組織および硬
さは母材部と同様であり、レーザ焼入れによる材質変化
の影響は認められない。
さは母材部と同様であり、レーザ焼入れによる材質変化
の影響は認められない。
【００３８】焼入れを施すと、疲労予亀裂部４の両側近
傍は、塑性変形し難い硬い部分となるため、試験部（亀
裂先端部）の三軸拘束度が増大するものである。
傍は、塑性変形し難い硬い部分となるため、試験部（亀
裂先端部）の三軸拘束度が増大するものである。
【００３９】こうした試験片を用いて、試験部の変形拘
束度の増大効果試験、三点曲げ試験を行い、得られた荷
重Ｐと亀裂開口変位（クリップゲージ開口変位）Ｖg と
から破壊靭性値Ｋ1Cを算出した。
束度の増大効果試験、三点曲げ試験を行い、得られた荷
重Ｐと亀裂開口変位（クリップゲージ開口変位）Ｖg と
から破壊靭性値Ｋ1Cを算出した。
【００４０】この破壊靭性試験結果をつぎに説明する。
【００４１】図９は、図８に示されている板厚２０mmの
原厚試験片（比較例１）の試験結果を示し、つぎの数式
は、この試験結果にしたがい破壊靭性値Ｋ1Cを求めるま
での手順を示してある。
原厚試験片（比較例１）の試験結果を示し、つぎの数式
は、この試験結果にしたがい破壊靭性値Ｋ1Cを求めるま
での手順を示してある。
【００４２】
【数１】 すなわち、荷重Ｐと亀裂開口変位（クリップゲージ開口
変位）Ｖg の関係を示すＰ−Ｖg 曲線はほぼ直線関係を
示し、弾塑性破壊力学によるＪ値は「有効」と判定さ
れ、そのＪ値から換算された破壊靭性値Ｋ1Cは「１７６
kgf/mm3 / 2 」であった。
変位）Ｖg の関係を示すＰ−Ｖg 曲線はほぼ直線関係を
示し、弾塑性破壊力学によるＪ値は「有効」と判定さ
れ、そのＪ値から換算された破壊靭性値Ｋ1Cは「１７６
kgf/mm3 / 2 」であった。
【００４３】なお、線形破壊力学による評価の平面ひず
み破壊条件は、試験片の板厚Ｂが必要板厚に対して若干
小さく、満足していない。
み破壊条件は、試験片の板厚Ｂが必要板厚に対して若干
小さく、満足していない。
【００４４】図１１は、図１０に示されている変形拘束
なしの板厚５mm小型試験片（比較例２）の試験結果を示
し、つぎの数式は、この試験結果にしたがい破壊靭性値
Ｋ1Cを求めるまでの手順を示してある。
なしの板厚５mm小型試験片（比較例２）の試験結果を示
し、つぎの数式は、この試験結果にしたがい破壊靭性値
Ｋ1Cを求めるまでの手順を示してある。
【００４５】
【数２】 すなわち、Ｐ−Ｖg 曲線は大きく湾曲した塑性的挙動を
呈している。このＰ−Ｖg 曲線より得られる弾塑性破壊
力学によるＪ値は「無効」と判定され、有効な破壊靭性
値Ｋ1Cは得られなかった。
呈している。このＰ−Ｖg 曲線より得られる弾塑性破壊
力学によるＪ値は「無効」と判定され、有効な破壊靭性
値Ｋ1Cは得られなかった。
【００４６】図１３は、図１２に示されている、変形拘
束のために、疲労予亀裂部４の中心からレーザ焼入れ部
２ａの中心までの距離ｅを２．５mm（ｅ＝０．５Ｂ）に
し、更にレーザ焼入れ部２ａの最高硬さを母材硬さに対
して２．７倍（Ｈv max ＝２．７Ｈv B ）に設定して、
レーザ焼入れを施した板厚５mm小型試験片（実施例１）
の試験結果を示し、つぎの数式は、この試験結果にした
がい破壊靭性値Ｋ1Cを求めるまでの手順を示してある。
束のために、疲労予亀裂部４の中心からレーザ焼入れ部
２ａの中心までの距離ｅを２．５mm（ｅ＝０．５Ｂ）に
し、更にレーザ焼入れ部２ａの最高硬さを母材硬さに対
して２．７倍（Ｈv max ＝２．７Ｈv B ）に設定して、
レーザ焼入れを施した板厚５mm小型試験片（実施例１）
の試験結果を示し、つぎの数式は、この試験結果にした
がい破壊靭性値Ｋ1Cを求めるまでの手順を示してある。
【００４７】
【数３】 これによると、ＰーＶg 曲線は、先の変形拘束なし（板
厚５mm）のときの曲線より改善されているが、まだ大き
く湾曲し塑性的挙動を呈している。このＰ−Ｖg 曲線よ
り得られる弾塑性破壊力学によるＪ値は「無効」と判定
され、有効な破壊靭性値Ｋ1Cは得られなかった。
厚５mm）のときの曲線より改善されているが、まだ大き
く湾曲し塑性的挙動を呈している。このＰ−Ｖg 曲線よ
り得られる弾塑性破壊力学によるＪ値は「無効」と判定
され、有効な破壊靭性値Ｋ1Cは得られなかった。
【００４８】図１５は、図１４に示されている、変形拘
束のために、疲労予亀裂部４の中心からレーザ焼入れ部
２ａの中心までの距離ｅを１．５mm（ｅ＝０．３Ｂ）に
し、更にレーザ焼入れ部２ａの最高硬さを母材硬さに対
して２．７倍（Ｈv max ＝２．７ＨV B ）に設定して、
レーザ焼入れを施した板厚５mm小型試験片（実施例２）
の試験結果を示し、つぎの数式は、この試験結果にした
がい破壊靭性値Ｋ1Cを求めるまでの手順を示してある。
束のために、疲労予亀裂部４の中心からレーザ焼入れ部
２ａの中心までの距離ｅを１．５mm（ｅ＝０．３Ｂ）に
し、更にレーザ焼入れ部２ａの最高硬さを母材硬さに対
して２．７倍（Ｈv max ＝２．７ＨV B ）に設定して、
レーザ焼入れを施した板厚５mm小型試験片（実施例２）
の試験結果を示し、つぎの数式は、この試験結果にした
がい破壊靭性値Ｋ1Cを求めるまでの手順を示してある。
【００４９】
【数４】 これによると、Ｐ−Ｖg 曲線は、先の変形拘束なし（板
厚５mm）ときの曲線に比べて大きく改善されて、ほぼ直
線関係を示した。このＰ−Ｖg 曲線より得られる弾塑性
破壊力学によるＪ値は「有効」と判定され、Ｊ値から換
算された破壊靭性値Ｋ1Cは「１７３kgf/mm3 / 2 」であ
り、先の板厚２０mmの原厚試験片の結果と同様の値を示
した。
厚５mm）ときの曲線に比べて大きく改善されて、ほぼ直
線関係を示した。このＰ−Ｖg 曲線より得られる弾塑性
破壊力学によるＪ値は「有効」と判定され、Ｊ値から換
算された破壊靭性値Ｋ1Cは「１７３kgf/mm3 / 2 」であ
り、先の板厚２０mmの原厚試験片の結果と同様の値を示
した。
【００５０】図１７は、図１６に示されている、変形拘
束のために、疲労予亀裂部４の中心からレーザ焼入れ部
２ａの中心までの距離ｅを１．５mm（ｅ＝０．３Ｂ）に
し、更にレーザ焼入れ部２ａの最高硬さを母材硬さに対
して２．０倍（Ｈv max ＝２．０ＨV B ）に設定して、
レーザ焼入れを施した板厚５mm小型試験片（実施例３）
の試験結果を示し、つぎの数式は、この試験結果にした
がい破壊靭性値Ｋ1Cを求めるまでの手順を示してある。
束のために、疲労予亀裂部４の中心からレーザ焼入れ部
２ａの中心までの距離ｅを１．５mm（ｅ＝０．３Ｂ）に
し、更にレーザ焼入れ部２ａの最高硬さを母材硬さに対
して２．０倍（Ｈv max ＝２．０ＨV B ）に設定して、
レーザ焼入れを施した板厚５mm小型試験片（実施例３）
の試験結果を示し、つぎの数式は、この試験結果にした
がい破壊靭性値Ｋ1Cを求めるまでの手順を示してある。
【００５１】
【数５】 これによると、Ｐ−Ｖg 曲線は、先のレーザ焼入れ部２
ａの最高硬さと母材硬さとの比（Ｈv max ／Ｈv B ）を
２．７に設定したものと同様に、ほぼ直線関係を示し
た。このＰ−Ｖg 曲線より得られる弾塑性破壊力学によ
るＪ値は「有効」と判定され、Ｊ値から換算された破壊
靭性値Ｋ1Cは「１８６kgf/mm3 / 2 」であり、先の板厚
２０mmの原厚試験片の結果と同様の値を示した。
ａの最高硬さと母材硬さとの比（Ｈv max ／Ｈv B ）を
２．７に設定したものと同様に、ほぼ直線関係を示し
た。このＰ−Ｖg 曲線より得られる弾塑性破壊力学によ
るＪ値は「有効」と判定され、Ｊ値から換算された破壊
靭性値Ｋ1Cは「１８６kgf/mm3 / 2 」であり、先の板厚
２０mmの原厚試験片の結果と同様の値を示した。
【００５２】図１９は、図１８に示されている変形拘束
なしの板厚２．５mm小型試験片（比較例３）の試験結果
を示し、つぎの数式は、この試験結果にしたがい破壊靭
性値Ｋ1Cを求めるまでの手順を示してある。
なしの板厚２．５mm小型試験片（比較例３）の試験結果
を示し、つぎの数式は、この試験結果にしたがい破壊靭
性値Ｋ1Cを求めるまでの手順を示してある。
【００５３】
【数６】 すなわち、Ｐ−Ｖg 曲線は、先の板厚５mm小型試験片
（変形拘束なし）のときの曲線より湾曲度が大きく、塑
性的挙動を呈した。このＰ−Ｖg 曲線より得られる弾塑
性破壊力学によるＪ値は「無効」と判定され、有効な破
壊靭性値Ｋ1Cは得られなかった。
（変形拘束なし）のときの曲線より湾曲度が大きく、塑
性的挙動を呈した。このＰ−Ｖg 曲線より得られる弾塑
性破壊力学によるＪ値は「無効」と判定され、有効な破
壊靭性値Ｋ1Cは得られなかった。
【００５４】図２１は、図２０に示されている、変形拘
束のために、疲労予亀裂部４の中心からレーザ焼入れ部
２ａの中心までの距離ｅを１．５mm（ｅ＝０．６Ｂ）に
し、更にレーザ焼入れ部２ａの最高硬さを母材硬さに対
して２．７倍（Ｈv max ＝２．７ＨV B ）に設定して、
レーザ焼入れを施した板厚２．５mm小型試験片（実施例
４）の試験結果を示し、つぎの数式は、この試験結果に
したがい破壊靭性値Ｋ1Cを求めるまでの手順を示してあ
る。
束のために、疲労予亀裂部４の中心からレーザ焼入れ部
２ａの中心までの距離ｅを１．５mm（ｅ＝０．６Ｂ）に
し、更にレーザ焼入れ部２ａの最高硬さを母材硬さに対
して２．７倍（Ｈv max ＝２．７ＨV B ）に設定して、
レーザ焼入れを施した板厚２．５mm小型試験片（実施例
４）の試験結果を示し、つぎの数式は、この試験結果に
したがい破壊靭性値Ｋ1Cを求めるまでの手順を示してあ
る。
【００５５】
【数７】 これによると、Ｐ−Ｖg 曲線は、先の変形拘束なし（板
厚２．５mm）のときの曲線に比べて若干改善されている
が湾曲度はなお大きい。このＰ−Ｖg 曲線より得られる
弾塑性破壊力学によるＪ値は「無効」と判定され、有効
な破壊靭性値Ｋ1Cは得られなかった。
厚２．５mm）のときの曲線に比べて若干改善されている
が湾曲度はなお大きい。このＰ−Ｖg 曲線より得られる
弾塑性破壊力学によるＪ値は「無効」と判定され、有効
な破壊靭性値Ｋ1Cは得られなかった。
【００５６】図２３は、図２２に示されている、変形拘
束のために、疲労予亀裂部４の中心からレーザ焼入れ部
２ａの中心までの距離ｅを１．０mm（ｅ＝０．４Ｂ）に
し、更にレーザ焼入れ部２ａの最高硬さを母材硬さに対
して２．７倍（Ｈv max ＝２．７Ｈv B ）に設定して、
レーザ焼入れを施した板厚２．５mm小型試験片（実施例
５）の試験結果を示し、つぎの数式は、この試験結果に
したがい破壊靭性値Ｋ1Cを求めるまでの手順を示してあ
る。
束のために、疲労予亀裂部４の中心からレーザ焼入れ部
２ａの中心までの距離ｅを１．０mm（ｅ＝０．４Ｂ）に
し、更にレーザ焼入れ部２ａの最高硬さを母材硬さに対
して２．７倍（Ｈv max ＝２．７Ｈv B ）に設定して、
レーザ焼入れを施した板厚２．５mm小型試験片（実施例
５）の試験結果を示し、つぎの数式は、この試験結果に
したがい破壊靭性値Ｋ1Cを求めるまでの手順を示してあ
る。
【００５７】
【数８】 これによると、Ｐ−Ｖg 曲線は、先の変形拘束なし（板
厚２．５mm）のときの曲線に比べて大きく改善されてお
り、ほぼ直線関係を示した。このＰ−Ｖg 曲線より得ら
れる弾塑性破壊力学によるＪ値は「有効」と判定され、
Ｊ値から換算された破壊靭性値Ｋ1Cは「１７３kgf/mm3
/ 2 」であり、先の板厚２０mmの原厚試験片の結果と同
様の値を示した。
厚２．５mm）のときの曲線に比べて大きく改善されてお
り、ほぼ直線関係を示した。このＰ−Ｖg 曲線より得ら
れる弾塑性破壊力学によるＪ値は「有効」と判定され、
Ｊ値から換算された破壊靭性値Ｋ1Cは「１７３kgf/mm3
/ 2 」であり、先の板厚２０mmの原厚試験片の結果と同
様の値を示した。
【００５８】以上の試験結果をまとめると、つぎに示す
表２のようになる。
表２のようになる。
【００５９】
【表２】 これらの試験結果により、小型試験片からも大型試験片
並の有効な破壊靭性値Ｋ1Cを得るためには、疲労予亀裂
部４の両側近傍を硬化処理で硬くしてやればよいことが
わかる。
並の有効な破壊靭性値Ｋ1Cを得るためには、疲労予亀裂
部４の両側近傍を硬化処理で硬くしてやればよいことが
わかる。
【００６０】つまり、硬い部分が塑性変形し難いため
に、その近傍の亀裂先端部（試験部）の三軸拘束度が増
大するという理由から、破壊力学で重要となる平面ひず
み状態の破壊靭性値Ｋ1Cが得られるようになり、従来、
「無効」と判断されていた小型試験片からも有効な破壊
靭性値Ｋ1Cが得られるようになる。
に、その近傍の亀裂先端部（試験部）の三軸拘束度が増
大するという理由から、破壊力学で重要となる平面ひず
み状態の破壊靭性値Ｋ1Cが得られるようになり、従来、
「無効」と判断されていた小型試験片からも有効な破壊
靭性値Ｋ1Cが得られるようになる。
【００６１】この小型の試験片ですむ結果、機器の余肉
部（くされ代）からの試験片の採取が可能となり、稼働
中の機器の余寿命診断が可能となる。
部（くされ代）からの試験片の採取が可能となり、稼働
中の機器の余寿命診断が可能となる。
【００６２】特に、疲労亀裂に平行な部分（ｂ0 ）が、
２．５以上５．０mm以下である範囲に定めた小型試験片
であると、常に「有効」な破壊靭性値Ｋ1Cが算出される
ことがわかった。
２．５以上５．０mm以下である範囲に定めた小型試験片
であると、常に「有効」な破壊靭性値Ｋ1Cが算出される
ことがわかった。
【００６３】しかも、疲労予亀裂部４の両側近傍を局部
的に硬化する適性条件は、疲労予亀裂部４から焼入れ中
心までの距離ｅが試験片板厚Ｂの０．４倍以下（ｅ／Ｂ
≦０．４）、焼入れ部２ａの最高硬さ母材硬さの２倍以
上必要であることがわかった。
的に硬化する適性条件は、疲労予亀裂部４から焼入れ中
心までの距離ｅが試験片板厚Ｂの０．４倍以下（ｅ／Ｂ
≦０．４）、焼入れ部２ａの最高硬さ母材硬さの２倍以
上必要であることがわかった。
【００６４】なお、硬化処理として、炭酸ガスレーザに
よる焼入れを採用したが、電子ビームによる焼入れでも
よい。
よる焼入れを採用したが、電子ビームによる焼入れでも
よい。
【００６５】また全てが実部材１ａで構成された試験片
に硬化処理を施して硬い部分を得るのではなく、図２４
に示されるように小片となる実部材１ｂを用い、この疲
労予亀裂部４の両側近傍となる実部材１ｂの両端部に超
硬材等の補助部材７（超硬補助部材）を電子ビーム溶接
で接合して試験片を構成するという、試験片を部分的に
硬くする処理で、必要な硬い部分を得てもよい。なお、
７ａは電子ビーム溶接部分を示す。
に硬化処理を施して硬い部分を得るのではなく、図２４
に示されるように小片となる実部材１ｂを用い、この疲
労予亀裂部４の両側近傍となる実部材１ｂの両端部に超
硬材等の補助部材７（超硬補助部材）を電子ビーム溶接
で接合して試験片を構成するという、試験片を部分的に
硬くする処理で、必要な硬い部分を得てもよい。なお、
７ａは電子ビーム溶接部分を示す。
【００６６】この他、図２５に示されるように小片とな
る実部材１ｂを用い、この疲労予亀裂部４の両側近傍と
なる実部材１ｂの両端部にＳＫＨ鋼等の超硬材８（超硬
補助部材）を拡散接合で接合して試験片を構成するとい
う、試験片を部分的に硬くする処理で、必要な硬い部分
を得てもよい。なお、８ａは拡散接合部分を示す。
る実部材１ｂを用い、この疲労予亀裂部４の両側近傍と
なる実部材１ｂの両端部にＳＫＨ鋼等の超硬材８（超硬
補助部材）を拡散接合で接合して試験片を構成するとい
う、試験片を部分的に硬くする処理で、必要な硬い部分
を得てもよい。なお、８ａは拡散接合部分を示す。
【００６７】このようにしても、先に述べたのと同様、
従来、「無効」と判断されていた小型試験片からも有効
な破壊靭性値Ｋ1Cが得られる。
従来、「無効」と判断されていた小型試験片からも有効
な破壊靭性値Ｋ1Cが得られる。
【００６８】こうした試験片でも、硬い部分に係わる適
性条件は同様であった。
性条件は同様であった。
【００６９】すなわち、前者の電子ビームによる超硬補
助部材の溶接は、疲労予亀裂部４から焼入れ中心までの
距離ｅが試験片板厚Ｂの０．４倍以下（ｅ≦０．４
Ｂ）、電子ビーム溶接部８の最高硬さＨv max が母材
（疲労予亀裂部）硬さＨV B の２倍以上であり、後者の
拡散溶接による超硬補助部材の溶接は、疲労予亀裂部４
から超硬補助部材の端部までの距離ｅが試験片板厚Ｂの
０．４倍以下（ｅ≦０．４Ｂ）、超硬補助部材のＨv
max が母材（疲労予亀裂部）硬さＨv B の２倍以上であ
った。
助部材の溶接は、疲労予亀裂部４から焼入れ中心までの
距離ｅが試験片板厚Ｂの０．４倍以下（ｅ≦０．４
Ｂ）、電子ビーム溶接部８の最高硬さＨv max が母材
（疲労予亀裂部）硬さＨV B の２倍以上であり、後者の
拡散溶接による超硬補助部材の溶接は、疲労予亀裂部４
から超硬補助部材の端部までの距離ｅが試験片板厚Ｂの
０．４倍以下（ｅ≦０．４Ｂ）、超硬補助部材のＨv
max が母材（疲労予亀裂部）硬さＨv B の２倍以上であ
った。
【００７０】むろん、いずれのときも疲労亀裂に平行な
部分（ｂ0 ）が、２．５以上５．０mm以下である範囲に
定めた小型試験片であると、常に「有効」な破壊靭性値
Ｋ1Cが算出されるものであった。
部分（ｂ0 ）が、２．５以上５．０mm以下である範囲に
定めた小型試験片であると、常に「有効」な破壊靭性値
Ｋ1Cが算出されるものであった。
【００７１】
【発明の効果】以上説明したように請求項１に記載の発
明によれば、小さい試験片からでも、破壊力学で重要と
なる平面ひずみ状態の破壊靭性値が得られるようにな
り、従来「無効」と判断されていた小型試験片からも
「有効」な破壊靭性値が得られるようになる。
明によれば、小さい試験片からでも、破壊力学で重要と
なる平面ひずみ状態の破壊靭性値が得られるようにな
り、従来「無効」と判断されていた小型試験片からも
「有効」な破壊靭性値が得られるようになる。
【００７２】この小型の試験片ですむ結果、機器の余肉
部からの試験片の採取が可能となり、稼働中の機器の余
寿命診断が可能となる。
部からの試験片の採取が可能となり、稼働中の機器の余
寿命診断が可能となる。
【００７３】請求項２に記載の発明によれば、上記請求
項１の発明の効果に加え、小型試験片で、常に「有効」
な破壊靭性値が得られるようになる。
項１の発明の効果に加え、小型試験片で、常に「有効」
な破壊靭性値が得られるようになる。
【００７４】請求項３に記載の発明によれば、上記請求
項１の発明の効果に加え、試験に適した好ましい硬化処
理が行える。
項１の発明の効果に加え、試験に適した好ましい硬化処
理が行える。
【図１】本発明の試験方法に用いられる疲労予亀裂部の
両側近傍を硬化処理した小型試験片を示す斜視図。
両側近傍を硬化処理した小型試験片を示す斜視図。
【図２】レーザ焼入れが疲労予亀裂部の両側近傍に施さ
れた「Ｈv max ／Ｈv B ＝２．７」の板厚５mm小型試験
片の外観を示す斜視図。
れた「Ｈv max ／Ｈv B ＝２．７」の板厚５mm小型試験
片の外観を示す斜視図。
【図３】同試験片の図２中、Ａ−Ａ線に沿う断面の金属
組織を拡大して示す顕微鏡写真。
組織を拡大して示す顕微鏡写真。
【図４】同断面部分の硬さ分布を示す線図。
【図５】レーザ焼入れが疲労予亀裂部の両側近傍に施さ
れたＨv max ／Ｈv B ＝２．０の板厚５mm小型試験片の
外観を示す斜視図。
れたＨv max ／Ｈv B ＝２．０の板厚５mm小型試験片の
外観を示す斜視図。
【図６】同試験片の図５中、Ｃ−Ｃ線に沿う断面の金属
組織を概略的に示す断面図。
組織を概略的に示す断面図。
【図７】同断面部分の硬さ分布を示す線図。
【図８】原厚試験片の外形を各部の寸法と共に示す斜視
図。
図。
【図９】同原厚試験片による破壊靭性試験で得られたＰ
ーＶg 曲線を示す線図。
ーＶg 曲線を示す線図。
【図１０】変形拘束の無い板厚５mm小型試験片の外形を
各部の寸法と共に示す斜視図。
各部の寸法と共に示す斜視図。
【図１１】同変形拘束の無い板厚５mm小型試験片による
破壊靭性試験で得られたＰーＶg曲線を示す線図。
破壊靭性試験で得られたＰーＶg曲線を示す線図。
【図１２】炭酸ガスレーザ焼入れが施され、ｅ＝０．５
Ｂ、Ｈv max ＝２．７Ｈv B に設定された板厚５mm小型
試験片を各部の寸法と共に示す斜視図。
Ｂ、Ｈv max ＝２．７Ｈv B に設定された板厚５mm小型
試験片を各部の寸法と共に示す斜視図。
【図１３】同板厚５mm小型試験片による破壊靭性試験で
得られたＰーＶg 曲線を示す線図。
得られたＰーＶg 曲線を示す線図。
【図１４】炭酸ガスレーザ焼入れが施され、ｅ＝０．３
Ｂ、Ｈv max ＝２．７ＨV B に設定された板厚５mm小型
試験片を各部の寸法と共に示す斜視図。
Ｂ、Ｈv max ＝２．７ＨV B に設定された板厚５mm小型
試験片を各部の寸法と共に示す斜視図。
【図１５】同板厚５mm小型試験片による破壊靭性試験で
得られたＰーＶg 曲線を示す線図。
得られたＰーＶg 曲線を示す線図。
【図１６】炭酸ガスレーザ焼入れが施され、ｅ＝０．３
Ｂ、Ｈv max ＝２．０Ｈv B に設定された板厚５mm小型
試験片を各部の寸法と共に示す斜視図。
Ｂ、Ｈv max ＝２．０Ｈv B に設定された板厚５mm小型
試験片を各部の寸法と共に示す斜視図。
【図１７】同板厚５mm小型試験片による破壊靭性試験で
得られたＰーＶg 曲線を示す線図。
得られたＰーＶg 曲線を示す線図。
【図１８】変形拘束の無い板厚２．５mm小型試験片の外
形を各部の寸法と共に示す斜視図。
形を各部の寸法と共に示す斜視図。
【図１９】同板厚２．５mm小型試験片による破壊靭性試
験で得られたＰーＶg 曲線を示す線図。
験で得られたＰーＶg 曲線を示す線図。
【図２０】炭酸ガスレーザ焼入れが施され、ｅ＝０．６
Ｂ、Ｈv max ＝２．７Ｈv B に設定された板厚２．５mm
小型試験片の外形を各部の寸法と共に示す斜視図。
Ｂ、Ｈv max ＝２．７Ｈv B に設定された板厚２．５mm
小型試験片の外形を各部の寸法と共に示す斜視図。
【図２１】同板厚２．５mm小型試験片による破壊靭性試
験で得られたＰーＶg 曲線を示す線図。
験で得られたＰーＶg 曲線を示す線図。
【図２２】炭酸ガスレーザ焼入れが施され、ｅ＝０．４
Ｂ、Ｈv max ＝２．７Ｈv B に設定された板厚２．５mm
小型試験片の外形を各部の寸法と共に示す斜視図。
Ｂ、Ｈv max ＝２．７Ｈv B に設定された板厚２．５mm
小型試験片の外形を各部の寸法と共に示す斜視図。
【図２３】同板厚２．５mm小型試験片による破壊靭性試
験で得られたＰーＶg 曲線を示す線図。
験で得られたＰーＶg 曲線を示す線図。
【図２４】疲労予亀裂部の両側近傍に超硬補助部材を電
子ビーム溶接により接合した小型試験片を示す斜視図。
子ビーム溶接により接合した小型試験片を示す斜視図。
【図２５】疲労予亀裂部の両側近傍に超硬補助部材を拡
散溶接により接合した小型試験片を示す斜視図。
散溶接により接合した小型試験片を示す斜視図。
【図２６】試験片が採取されることを説明するための実
機を示す図。
機を示す図。
【図２７】同試験片による破壊靭性試験を説明するため
の図。
の図。
【図２８】同試験片を説明するための斜視図。
【図２９】小規模降伏の場合の破壊靭性値Ｋ1Cの測定の
要領を説明するための線図。
要領を説明するための線図。
【図３０】線形破壊力学による破壊靭性値Ｋ1Cの算出を
説明するための図。
説明するための図。
【図３１】大規模降伏の場合の破壊靭性値Ｋ 1c の測定の
要領を説明するための線図。
要領を説明するための線図。
【図３２】弾塑性破壊力学による破壊靭性値Ｋ1Cの算出
を説明するための図。
を説明するための図。
【符号の説明】 １ａ…実部材 ２…試験片 ２
ａ…焼入れ部 ３…クリップゲージ ４…疲労予亀裂部 ７，８…補助部材，超硬材（超硬補助部材） ７
ａ…電子ビーム溶接部 ８ａ…拡散接合部。
ａ…焼入れ部 ３…クリップゲージ ４…疲労予亀裂部 ７，８…補助部材，超硬材（超硬補助部材） ７
ａ…電子ビーム溶接部 ８ａ…拡散接合部。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 村井 亮介 広島県広島市西区観音新町四丁目６番22号 三菱重工業株式会社広島研究所内
Claims (3)
- 【請求項１】 小型試験片の疲労予亀裂部の両側近傍を
硬化処理した後、三点曲げ試験を行い、得られた荷重と
亀裂開口変位とから破壊靭性値を算出することを特徴と
する小型試験片による破壊靭性試験方法。 - 【請求項２】 前記小型試験片は、疲労予亀裂に平行な
部分が２．５以上５．０mm以下であることを特徴とする
請求項１に記載の小型試験片による破壊靭性試験方法。 - 【請求項３】 前記硬化処理は、炭酸ガスレーザによる
焼入れ又は電子ビームによる焼入れ、拡散溶接による超
硬補助部材の溶接又は電子ビームによる超硬補助部材の
溶接であることを特徴とする請求項１に記載の小型試験
片による破壊靭性試験方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12451595A JPH08297080A (ja) | 1995-04-26 | 1995-04-26 | 小型試験片による破壊靭性試験方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12451595A JPH08297080A (ja) | 1995-04-26 | 1995-04-26 | 小型試験片による破壊靭性試験方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08297080A true JPH08297080A (ja) | 1996-11-12 |
Family
ID=14887399
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12451595A Pending JPH08297080A (ja) | 1995-04-26 | 1995-04-26 | 小型試験片による破壊靭性試験方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08297080A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100370240C (zh) * | 2005-05-16 | 2008-02-20 | 河海大学 | 土体断裂参数的测试方法及其测试仪 |
| JP2008064573A (ja) * | 2006-09-06 | 2008-03-21 | Chugoku Electric Power Co Inc:The | 破壊力学的試験方法及びその試験体 |
| JP2010160028A (ja) * | 2009-01-07 | 2010-07-22 | Toshiba Corp | 異材継手部の破壊強度評価方法 |
| WO2018088273A1 (ja) * | 2016-11-09 | 2018-05-17 | 新日鐵住金株式会社 | Ｃｔｏｄ試験片の作製方法および塑性歪調整用治具 |
| CN109781548A (zh) * | 2019-01-25 | 2019-05-21 | 四川大学 | 基于ndb试样的非对称三点弯曲加载测试岩石复合断裂韧度的方法 |
-
1995
- 1995-04-26 JP JP12451595A patent/JPH08297080A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100370240C (zh) * | 2005-05-16 | 2008-02-20 | 河海大学 | 土体断裂参数的测试方法及其测试仪 |
| JP2008064573A (ja) * | 2006-09-06 | 2008-03-21 | Chugoku Electric Power Co Inc:The | 破壊力学的試験方法及びその試験体 |
| JP2010160028A (ja) * | 2009-01-07 | 2010-07-22 | Toshiba Corp | 異材継手部の破壊強度評価方法 |
| WO2018088273A1 (ja) * | 2016-11-09 | 2018-05-17 | 新日鐵住金株式会社 | Ｃｔｏｄ試験片の作製方法および塑性歪調整用治具 |
| CN109781548A (zh) * | 2019-01-25 | 2019-05-21 | 四川大学 | 基于ndb试样的非对称三点弯曲加载测试岩石复合断裂韧度的方法 |
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|---|---|---|---|
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