試験方法機械的試験引張試験圧縮試験曲げ試験せん断試験ねじり試験疲労試験クリープ試験き裂伝ぱ試験衝撃試験座屈試験エリクセン試験摩耗試験応力腐食割れ試験硬さ試験押込み硬さ試験動的硬さ試験化学的試験腐食試験組織観察マクロ組織ミクロ組織結晶粒度非金属介在物

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しおりみしま
5 years ago
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1 金属材料の試験方法 Test Methods for Metallic Materials Copyright is reserved. No part of this document may be reproduced for profit.

2 試験方法機械的試験引張試験圧縮試験曲げ試験せん断試験ねじり試験疲労試験クリープ試験き裂伝ぱ試験衝撃試験座屈試験エリクセン試験摩耗試験応力腐食割れ試験硬さ試験押込み硬さ試験動的硬さ試験化学的試験腐食試験組織観察マクロ組織ミクロ組織結晶粒度非金属介在物

3 押込み硬さ試験 Indentation Hardness Test Copyright is reserved. No part of this document may be reproduced for profit.

4 ビッカース硬さ試験 (Vickers hardness test) ビッカース硬さ試験 (Vickers hardness test) ビッカース硬さ (Vickers hardness number ) ビッカース硬さ (Vickers hardness number ) 対面角 136 のダイアモンドの正四角錐を試験片に押し込んだときに生じるくぼみの面積で押込みに要した荷重を割った値. F HV = S 136 2F sin = d Indent d2 F: 荷重 [N],S: くぼみの表面積 [mm 2 ], d: くぼみの対角線長さ d 1, d 2 の平均 [mm] HV は応力の次元となるが, 通常, 単位を付けずに用いる. d 1

5 ブリネル硬さ試験 (Brinell hardness test) ブリネル硬さ試験 (Brinell hardness test) ブリネル硬さ (Brinell hardness number ) ブリネル硬さ (Brinell hardness number ) 超硬合金の球形圧子を試験片に押し込んだときに生じるくぼみの面積で, 押込みに要した荷重を割った値. F HBW = = F S πd D 2F { } D 2 d 2 Material F: 荷重 [N],S: くぼみの表面積 [mm 2 ],d: くぼみの直径 [mm],d: 球形圧子の直径 [mm] D d Ball indenter HBW は応力の次元となるが, 通常, 単位を付けずに用いる.

6 ロックウェル硬さ試験 (Rockwell hardness test) ロックウェル硬さ試験 (Rockwell hardness test) ロックウェル硬さ (Rockwell hardness number ) ロックウェル硬さ (Rockwell hardness number ) 鋼球またはダイヤモンドの円錐を試験片に押し込んだときに生じるくぼみの深さから求める硬さ. 基準荷重で押し込んだときのくぼみの深さとその後の試験荷重 (> 基準荷重 ) で押し込んだときのくぼみの深さとの差から求める. HR HR = 130 = 100 h 2 h 2 ( 球形圧子の場合 ) ( 円錐圧子の場合 ) h: くぼみの深さ [μm]

7 測定した硬さの用途引張強さや耐力との関係硬さ H と引張強さ σ B や耐力 σ 0.2 との関係は, 直線関係で表される場合が多い. H ( or σ ) C = 0. 2 K σ B + K, C: 定数 Vickers hardness number HV 300 Carbon steel HV 0.3 B [MPa] 1000 Tensile strength B [MPa]

8 測定した硬さの用途各種物理量との関係硬さ負荷応力残留応力疲労損傷金属組織硬さの本質は未だに不明確浸炭, 窒化, 高周波焼入における硬化層深さの測定浸炭, 窒化, 高周波焼入における硬化層深さの測定

9 引張試験 Tensile Test Copyright is reserved. No part of this document may be reproduced for profit.

10 引張試験における応力 (stress) 引張試験における応力 (stress) 公称応力 [MPa](nominal stress) 公称応力 [MPa](nominal stress) σ N = P A 0 P: 引張荷重 [N], A 0 : 試験前の試験片における断面積 [mm 2 ] 真応力 [MPa](true stress) 真応力 [MPa](true stress) σ = P A P: 引張荷重 [N], A: 現在 ( 荷重を負荷しているとき ) の試験片における断面積 [mm 2 ]

11 引張試験におけるひずみ (strain) 引張試験におけるひずみ (strain) 公称ひずみ (nominal strain) 公称ひずみ (nominal strain) ε N = = Δ 0 真ひずみ (true strain) 真ひずみ (true strain) ε = 0 = ln 0 0 d 0 0 : 試験前の試験片における標点間距離 [mm], : 現在 ( 荷重を負荷しているとき ) の試験片における標点間距離 [mm] = 対数ひずみ (logarithmic strain) 0 : 試験前の試験片における標点間距離 [mm], : 現在 ( 荷重を負荷しているとき ) の試験片における標点間距離 [mm]

12 公称ひずみと真ひずみの関係公称ひずみと真ひずみの関係 ( ) ( ) ( ) = = = Δ + + Δ + Δ = = = ln d d d d n n n N N N n n ε ε ε ε 変形が微小量進む毎に標点間距離を変化させて公称ひずみを計算し, それらを加算した結果が真ひずみである.

13 応力 - ひずみ線図 (stress-strain diagram) 応力 - ひずみ線図 (stress-strain diagram) N N

14 弾性変形 (elastic deformation) 弾性変形 (elastic deformation) B Y E P O Y P E B Nominal strain N C 比例限度 σ P (proportional limit) 比例限度 σ P (proportional limit) 点 P の応力. 応力とひずみが比例関係を示す範囲における最大の応力. 弾性限度 σ E (elastic limit) 弾性限度 σ E (elastic limit) 点 E の応力. 除荷したときに試験片が元の長さに戻る範囲における最大の応力.

15 塑性変形 (plastic deformation) から破断 (fracture) 塑性変形 (plastic deformation) から破断 (fracture) B Y E P O Y P E B Nominal strain N 引張強さ σ B (tensile strength) 引張強さ σ B (tensile strength) 伸び δ(elongation) 伸び δ(elongation) C 降伏点 σ Y (yield point) 降伏点 σ Y (yield point) 点 B の応力. 公称応力の最大値. 点 Y の応力. 応力が増加しなくてもひずみが増加するときの応力. = 降伏応力 σ y (yield stress) 点 C のひずみ. 破断したときの公称ひずみ.

16 破断 (fracture) 破断 (fracture) B Y E P O Y P E B Nominal strain N 絞り ϕ(reduction of area) 絞り ϕ(reduction of area) 破断時の断面収縮率. ϕ = 真破断ひずみ ε f (true fracture strain) 真破断ひずみ ε f (true fracture strain) 破断時の真ひずみ. C A A A [ ] 100 % A 0 : 試験前の試験片における断面積 [mm 2 ], A 1 : 試験後の試験片における最小断面積 [mm 2 ] ε f = ln A A 0 1 = 100 ln 100 ϕ 塑性変形における体積保存則を使用.

17 弾性変形特性と限界ヤング率 E(Young s modulus) ヤング率 E(Young s modulus) 応力 - ひずみ線図における弾性変形部分の傾き. Nominal stress N = 弾性係数 (modulus of elasticity) N 耐力 σ 0.2 (proof stress) 耐力 σ 0.2 (proof stress) 除荷したときに 0.2% の永久ひずみが残るときの応力. 明確な降伏点を示さない材料に対して使用.

18 衝撃試験 Impact Test Copyright is reserved. No part of this document may be reproduced for profit.

19 シャルピー試験 (Charpy test) シャルピー試験 (Charpy test) 一定の角度に振り上げたハンマを, 回転軸を中心に振り落とし, 試験片の切欠き背面に衝撃荷重を与える. その後の振り上がり角度から試験片に吸収されたエネルギーを求める. U = WR ( cos β cosα ) W: ハンマの重量,R: ハンマの回転軸中心線から重心までの距離,β: ハンマの振り上がり角度,α: ハンマの持ち上げ角度上式のUをシャルピー吸収エネルギー [J] と言う. また, これを切欠き底の断面積で除した値をシャルピー衝撃値 [J/cm 2 ] と言う.

20 シャルピー試験機 (Charpy testing machine) シャルピー試験機 (Charpy testing machine)

21 延性 - ぜい性遷移温度 (ductile-brittle transition temperature) 延性 - ぜい性遷移温度 (ductile-brittle transition temperature) E E us E E us B T r E: 吸収エネルギー [J],B: ぜい性破面率 [%](=1 ( 延性破面率 )),T r : 延性 - ぜい性遷移温度 [K]

22 疲労試験 Fatigue Test Copyright is reserved. No part of this document may be reproduced for profit.

23 疲労 (fatigue) 疲労 (fatigue) 繰返し負荷を与えた場合, 静的負荷に比べてはるかに低い応力で破壊が起きる現象. 高サイクル疲労 (high cycle fatigue) と低サイクル疲労 (low cycle fatigue) 一般に, 破断繰返し数が 10 4 回程度以下である疲労を低サイクル疲労, 10 4 回程度以上の疲労を高サイクル疲労と呼ぶ. 熱疲労 (thermal fatigue) 熱疲労 (thermal fatigue) 熱応力が繰返されることによって生じる疲労.

24 疲労試験 (fatigue test) における負荷疲労試験 (fatigue test) における負荷軸荷重 F Plate F 回転曲げ曲げ荷重平面曲げ面内曲げ面外曲げねじり荷重

25 疲労波形 (stress waveform) 疲労波形 (stress waveform) 疲労試験では, 正弦波応力波形を用いることが多く, 以下の値で応力波形を記述する. 最大応力 σ max (maximum stress) 最大応力 σ max (maximum stress) 最小応力 σ min (minimum stress) 最小応力 σ min (minimum stress) 応力比 R(stress ratio) 応力比 R(stress ratio) σ R = σ min max R= 1: 完全両振り応力波形 R=0: 完全片振り応力波形

26 疲労波形 (stress waveform) 疲労波形 (stress waveform) 平均応力 σ m (mean stress) 平均応力 σ m (mean stress) 応力振幅 σ a (stress amplitude) 応力振幅 σ a (stress amplitude) σ σ m a σ max + σ = min 2 σ max σ = min 2

27 疲労強度 (fatigue strength) 疲労強度 (fatigue strength) 疲労強度は, 通常, 応力を縦軸に取り, 破断までの繰返し数を横軸に取ったS-N 曲線 (S-N( curve,, またはヴェーラー曲線 ) で示す. 疲労限度 (fatigue limit) または耐久限度 (endurance limit) S-N 線図においてデータの曲線が水平になり破断しなくなる最大の応力. w Fatigue limit Mean stress Steels m Nonferrous metals N~10 7 Number of cycles to failure log N

28 クリープ試験 Creep Test Copyright is reserved. No part of this document may be reproduced for profit.

29 クリープ (creep) クリープ (creep) 高温で負荷をかけると, 時間とともに変形が増加する現象. 通常は,0.3T m (T m : 絶対温度で表した融点 ) 以上の温度で生じる. 無変化 Heating ( 室温 ) 変形 ( 高温 ) Creep Heating 代表的な純金属の融点 Fe: 1809[K] Al: 933[K] Cu: 1356[K] Ti: 1953[K] Sn: 505[K] oad oad oad

30 クリープ曲線 (creep curve) クリープ曲線 (creep curve) 伸びと時間, あるいは, ひずみと時間の関係を表す曲線. 遷移クリープ (transient( creep), 定常クリープ (steady( steady-state state creep), 加速クリープ (accelerating creep) の3 段階に分けられる. Strain

31 クリープ破断強さ (creep rupture strength) クリープ破断強さ (creep rupture strength) 温度 T 2 におけるクリープ破断強さある規定の時間にクリープ破断を生じる応力. ( 例 )500 C において 1000 時間で破断する応力 Creep rupture strength Temperature 1 Temperature 2 (>T 1 ) Temperature 3 (>T 2 ) 1000 h Creep rupture time log t

32 クリープ強度 (creep strength) クリープ強度 (creep strength) クリープ限度 (creep limit) クリープ限度 (creep limit) 最小クリープ速度が規定値を超えない最大応力. ( 例 )1 % / h(=11.5 年 ) 1 2 Creep limit 温度 T 2 におけるクリープ限度 1% / h Minimum creep rate log

33 クリープ強度 (creep strength) クリープ強度 (creep strength) クリープ制限応力 (creep limiting stress) クリープ制限応力 (creep limiting stress) 一定時間に生じるクリープひずみが規定の値になる応力. ( 例 ) h で 1% のクリープひずみを生じる応力

34 変形機構領域図 (deformation-mechanism map) 変形機構領域図 (deformation-mechanism map) 物質および結晶粒径毎に相同温度 ( 融点規格化温度 )T/T) m (homologous temperature) と変形機構の関係をわかりやすく示した図. Normalized shear stress /G (ow temperature) (Grainboundary diffusion) Ideal strength Dislocation glide Power-law creep Material A, grain size d [ m] Diffusional creep Diffusion (High temperature) (attice diffusion) Dislocation creep Homologous temperature T/T m Coble creep Nabarro-Herring creep

35 クリープ破壊 (creep fracture) の初期クリープ破壊 (creep fracture) の初期粒界すべり (GB sliding) 空孔凝集 (vacancy aggregation ) Subboundary Cavity Grain boundary Wedge-type cavity Diffusion Cavity Vacancy GB sliding edge Precipitate Round-type cavity Precipitate Grain boundary Cavity

Microsoft PowerPoint - ‚æ2‘Í.ppt

Microsoft PowerPoint - ‚æ2‘Í.ppt 第 2 章力学的挙動と静的強度目的荷重が作用した際の金属材料の力学的挙動について理解する. 2.1 応力 - ひずみ曲線 2.1.1 公称応力 / ひずみと真応力 / ひずみ 2.1.2 応力 - ひずみ曲線 2.1.3 力学的性質 ( 機械的性質 ) 2.1.4 加工硬化 2.1.5 じん性 2.1.6 指標の意味 2.2 力学的性質を求める異なる方法 2.2.1 ヤング率の測定方法 2.2.2