JPH0646176B2 - 脆性材料高温衝撃破壊力計測方法とその装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、高温中における脆性材料衝撃破壊力を計測
する方法とその計測装置に関する。

［従来の技術］ 従来の技術における衝撃破壊力試験は、試験片の両端を
支持して、衝撃荷重を加える、所謂三点曲げ試験、又は
片持梁に衝撃荷重を加える片持曲げ試験によって行なわ
れている。

［発明が解決しようとする問題点］ しかし、従来の技術の衝撃破壊力試験のような三点曲げ
試験や片持曲げ試験は、高温中で行なう場合には、支点
部材が耐熱性を必要とすると共に炉中では構造的にも不
便であり、しかも試験片から支点部材への熱伝導による
熱損札が大きいため、高温中での脆性材料衝撃破壊力計
測定には、不適切である。

この発明は、そのような高温中での脆性材料衝撃破壊力
を測定するのに適切な方法及び装置を提供するものであ
る。

［問題点を解決するための手段］ この発明においては、中空孔が形成された高温加熱炉の
中空孔中において間隔をあけて垂下げられた試験片吊下
用の２本の耐熱性糸により脆性材料試験片の一端又は両
端を吊下げ、所定温度に加熱維持し、脆性材料試験片に
衝撃体を突当てて衝撃力を加え、脆性材料試験片を破壊
し、その際の衝撃体に取付けられた歪ゲージの計測信号
により脆性材料の衝撃破壊力を得るのである。

［作 用］ 耐熱性糸により吊下げられた脆性材料試験片に対し衝撃
体を突当てて衝撃力を加えると、耐熱性糸は切断する
か、弛るむかして、端末自由条件で脆性材料試験片は破
壊される。その際の衝撃体に取付けられた歪ゲージから
計測信号が出力され、それに基づいて脆性材料高温衝撃
破壊力の値が得られる。

［実施例］ この発明の実施例を図面に従って説明する。

この第１図、この発明の方法を実施するこの発明による
竪型の装置の概要を示す。

赤外線イメージ炉１には、中空孔２が形成され、赤外線
イメージ炉１の上方は、断熱板３で覆われている。断熱
板３には、中空孔２に合せた位置で中心に円孔４とその
両側等距離に夫々細孔５，５が穿設されている。即ち、
細孔５，５間の間隔は、少なくとも中空孔２の直径より
短い。

円孔４の真上には円孔４の直径より多少細い衝撃棒６
（例えば鋼棒）が吊下糸７で吊下げられている。衝撃棒
６の上端に結合された吊下糸７は、上方のプーリ８に巻
掛けらている。

その状態で吊下糸７が急激に解放されることにより、衝
撃棒６は、円孔４を通過しながら赤外線イメージ炉１の
中空孔２中を自由落下するようになっている。

そうして、衝撃棒６の中間部には歪ゲージ９が取付けら
れ、図示しない計測装置、例えばＤ／Ａ変換器を介して
マイクロ・コンピュータに計測信号を送るようになって
おり、衝撃棒６は、落下してセラミックス試験片Ｔに衝
撃を加えたとき、セラミックス試験片Ｔの破壊前に上端
面からの反射波が歪ゲージ９に達することのないように
歪ゲージ９より上方の長さを十分にとっている。

上端が外部で固定されたセラミックス繊維製の糸、即ち
耐熱性糸10,10は、細孔５，５に挿通されて、赤外線イ
メージ炉１の中空孔２中に垂下げられている。

第２図は、この発明の方法を実施するこの発明による横
型の装置の概要を示す。

赤外線イメージ炉１には、水平に中空孔２が形成され、
赤外線イメージ炉１の側方は、断熱板３で覆われてい
る。赤外線イメージ炉１の上部には、適宜間隔をあけて
細孔５，５が穿設され、一側の断熱板３には、中空孔２
の中心に円孔４が穿設されている。

円孔４の直径より多少細い衝撃棒６（例えば鋼棒）は、
炉外において円孔４と同一軸線にあるように、且つ水平
軸線方向に摺動自在に案内支承体11で支承され、図示さ
れない打出装置（例えば空気圧装置、電磁装置、ばね装
置等）により中空孔２内に向って打出されるようになっ
ている。

その他の点は、竪型の装置と同様である。

この発明の実施例における脆性材料高温衝撃破壊力計測
方法について述べる。

竪型の装置においては、先ず、セラミックス試験片Ｔ、
例えば無加圧焼結炭化けい素試験片（予亀裂導入が困難
な場合には、ファインカッタにより破壊箇所に切下を施
す）の両端を夫々耐熱性糸10,10の下端には耐熱性接着
剤により接着して、セラミックス試験片Ｔを赤外線イメ
ージ炉１の中空孔２中に水平に吊下げる。

その際、セラミックス試験片Ｔの破壊箇所・切欠き部
（好ましくは、セラミックス試験片の長さ方向の中心）
は、円孔４の真下に位置する。

吊下糸７で吊下げられた衝撃棒６は、円孔４、即ちセラ
ミックス試験片Ｔの破壊箇所・切欠き部の上方に位置
し、所定の落下高さ（下端のセラミックス試験片Ｔ上面
からの高さ）に保たれる。そのとき、衝撃棒６に取付け
られた歪ゲージ９の断熱板３からの高さは、少なくても
前記落下高さより高く、歪ゲージ９は、落下時でも常に
炉外にある。

そうして、セラミックス試験片Ｔを赤外線イメージ炉１
中で設定温度に加熱維持する。

その状態において、吊下糸７を解放し、円孔４を通して
衝撃棒６をセラミックス試験片Ｔに向って落下させる。
そして、落下する衝撃棒６がセラミックス試験片Ｔに当
たった際、静荷重が加わつた場合と異なり、荷重の持続
時間が試験片Ｔの曲げ振動の最低次固定周期よりも小さ
い衝撃荷重として働き、セラミックス試験片Ｔに大きな
弾性曲げ振動が発生する。

その場合、衝撃棒６がセラミックス試験片Ｔに接した時
から時間的経過においてセラミックス試験片Ｔの変形に
おける両端の位置は、所定時間ｔ1 だけ先ず上昇する。
一方セラミックス試験片Ｔが破壊するのは、中央部の曲
げ応力が材料固有の抵抗値に達した時であり、それまで
の衝撃棒６がセラミックス試験片Ｔに接した時からの経
過時間ｔ2 は、先の所定時間ｔ1 より短い。従って、セ
ラミックス試験片Ｔの両端を吊るした吊下糸１０が弛ん
だ状態、即ち吊下糸１０に力が作用しない状態で、セラ
ミックス試験片Ｔは破壊箇所・切欠き部で破断する。

吊下糸１０が仮にセラミックス試験片Ｔの破断と共に切
断したとしても、耐熱性の吊下糸１０は、破壊のための
荷重を支える強度は必要でなく、セラミックス試験片Ｔ
の自重を支えるだけの引張り強さであればよいので、吊
下糸１０の抵抗力は衝撃力に比較して小さいので、衝撃
力の測定精度に対して、吊下糸１０が切断する間にセラ
ミックス試験片Ｔに力を及ぼすことの効果は比常に小さ
く、問題にならない。

横型の装置においても、セラミックス試験片Ｔの吊下げ
状態と衝撃棒６の運動と相違するだけで、他は、竪型の
装置の場合と同様である。

先ず、セラミックス試験片Ｔと一端両側を夫々耐熱性糸
10,10の下端に耐熱性接着剤により接着して、セラミッ
クス試験片Ｔを赤外線イメージ炉１の中空孔２中に直立
に吊下げ、円孔４と同一軸線上に、即ち衝撃棒６の先端
が向く位置にセラミックス試験片Ｔの破壊箇所・切欠き
部が位置するようにする。

しかる後、図示しない打出装置により円孔４を通して衝
撃棒６をセラミックス試験片Ｔに向って打出し、セラミ
ックス試験片Ｔに衝撃力を加えると、上記の両端吊下げ
の場合と同様にして、セミック試験片Ｔは、両端自由の
端末条件で破壊箇所・切欠部において破断する。

いずれの型式の装置にしても、セラミックス試験片Ｔの
破壊時の歪ゲージ９から計測信号は、Ｄ／Ａ変換器及び
マイクロ・コンピュータの処理により、破壊衝撃力乃至
動的応力拡大係数に変換される。

計測対象の脆性材料としては、セラミックスの他に岩
石、コンクリート、プラスチックス、複合材料等があ
る。

この計測を真空中で行なうようにすれば、原子炉用炭素
素材の試験にも利用できる。

特に、セラミックスの場合は、ターボ過給機、内燃機関
等の部材として使用されているが、脆性材料であるた
め、耐衝撃強度、遅れ破壊等に対する信頼性に問題があ
る。そのため、その使用状態である高温中の衝撃破壊靭
性値の導出に高温中の破壊衝撃力の計測が必要となる。

［発明の効果］ この発明による高温衝撃破壊力計測は、支点部材を用い
ないので、試験片から支点部材への熱伝導による熱損失
なく、試験片を吊下糸で吊下げるだけであるので、構造
的にも簡易であり、試験片の破壊時には、既に吊下糸は
切断されているか弛緩しているので両端自由の端末条件
が満足され、適正な測定が行なわれる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明による竪型の脆性材料高温衝撃破壊
力計測装置の断面斜視図、 第２図は、この発明による横型の脆性材料高温衝撃破壊
力計測装置の断面斜視図である。 １：赤外線イメージ炉、２：中空孔 ３：断熱板、４：円孔 ５：細孔、６：衝撃棒 ７：吊下糸、８：プーリ ９：歪ゲージ、10：耐熱性糸 11：案内支承体、Ｔ：試験片

フロントページの続き (72)発明者 青木 繁 神奈川県横浜市旭区若葉台２丁目４番302 号 (72)発明者 岸本 喜久雄 神奈川県茅ヶ崎市東海岸南１丁目15番３号

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】高温加熱炉中において脆性材料試験片の端
   部を耐熱性糸で吊下げ、所定温度に加熱維持し、脆性材
   料試験片に衝撃体を突当てて衝撃力を加え、脆性材料試
   験片を破壊し、その際の衝撃体に取付けられた歪ゲージ
   の計測信号により脆性材料の衝撃破壊力を得る脆性材料
   高温衝撃破壊力計測方法
2. 【請求項２】水平状態で脆性材料試験片の両端を耐熱性
   糸で吊下げ、直立状態で棒状の耐衝撃体を落下すること
   により脆性材料試験片に衝撃体を突当てて、衝撃力を加
   える特許請求の範囲第１項に記載の脆性材料高温衝撃破
   壊力計測方法
3. 【請求項３】脆性材料でセラミックスである特許請求の
   範囲第１項又は第２項に記載の脆性材料高温衝撃破壊力
   計測方法
4. 【請求項４】試験片の中央部に衝撃力が加えられる特許
   請求の範囲第１項乃至第３項に記載の脆性材料高温衝撃
   破壊力計測方法
5. 【請求項５】中空孔が形成された高温加熱炉、その中空
   孔中に間隔をあけて垂下げられた脆性材料試験片端部吊
   下用の２本の耐熱性糸及び歪ゲージが取付けられ、且つ
   脆性材料試験片に衝撃力を加える衝撃体より構成された
   脆性材料高温衝撃破壊力計測装置
6. 【請求項６】高温加熱炉が直立しており、衝撃体が直立
   状態で脆性材料試験片端部吊下用の２本の耐熱性吊下糸
   の中間位置で吊下糸により落下可能に吊下げられた棒状
   体である特許請求の範囲第５項に記載の脆性材料高温衝
   撃破壊力計測装置
7. 【請求項７】高温加熱炉が横倒し状態であり、衝撃体が
   水平状態で軸線方向に急速移動する棒状体である特許請
   求の範囲第５項に記載の脆性材料高温衝撃破壊力計測装
   置