変態塑性ひずみ測定装置および変態塑性ひずみ測定方法
【課題】冷却速度の速い変態の変態塑性係数を推定し、変形塑性ひずみを求めることができる変態塑性ひずみ測定装置および変態塑性ひずみ測定方法を提供する。
【解決手段】供試片３を収納するとともに加熱、急冷するための容器１と、供試片３の温度を測定する熱電対８と、急冷却中の供試片３の変形量を測定するレーザー変位計１２と、熱電対８によって測定された供試片温度およびレーザー変位計１２によって測定された変形量に基づいて変態塑性係数を定め、その変態塑性係数を用いて変態塑性ひずみを算出するデータ収集・解析装置９とを備えてなることを特徴とする。
【解決手段】供試片３を収納するとともに加熱、急冷するための容器１と、供試片３の温度を測定する熱電対８と、急冷却中の供試片３の変形量を測定するレーザー変位計１２と、熱電対８によって測定された供試片温度およびレーザー変位計１２によって測定された変形量に基づいて変態塑性係数を定め、その変態塑性係数を用いて変態塑性ひずみを算出するデータ収集・解析装置９とを備えてなることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、変態を伴う冷却過程の材料について変態塑性ひずみを測定する測定装置およびその測定方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
焼入処理のように冷却に供せされる材料について変形予測、応力予測することは、製品の品質を管理したり製造工程を管理する上で重要課題となっている。
【０００３】
冷却を伴う材料の強度特性は、従来から引張試験、圧縮試験等によって測定されてきたが、変態温度域の強度特性に関しては、変態に伴って生じる膨張または圧縮のひずみと、変態進行時に応力を受けることによって生じる変態塑性ひずみとを分離することが困難であるという課題があった。
【０００４】
変態時の膨張または圧縮のひずみを無視しうる簡便なひずみ推定方法として、「鋼材の変態塑性ひずみの推定方法」が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
上記推定方法は、冷却中または加熱中の鋼材供試片に曲げ荷重を与えたときのたわみ量を測定し、温度とたわみ量の関係を示すたわみ曲線に基づいて変態塑性ひずみを求めるものである。
【０００６】
詳しくは、変態時の力学挙動を数値モデル化し、弾性ひずみεｅ、塑性ひずみεｐ、熱ひずみεＴ、変態塑性ひずみεｔｒの総和を全ひずみ（実際に測定できるひずみ）εと定義し、
全ひずみεを
ε＝εｅ＋εｐ＋εＴ＋εｔｒ
で表している。
【０００７】
上記式の右辺において変態塑性ひずみεｔｒについては、曲げ試験を行なった際のたわみが荷重および変態の進行に依存するという実験結果に基づき、応力の関数として、
ｄεｔｒ／ｄｔ＝Ａ・σn
で表している。ただし、ｄεｔｒは変態塑性ひずみ増分、ｄｔは時間増分、Ａは係数、σは相当応力、ｎは係数である。したがって、実験によりたわみ量が明らかになると、上記係数Ａ，ｎを一意に求めることができる。
【０００８】
また、大気放冷する場合のように冷却速度ｄＴ／ｄｔが一定である場合は、
変態塑性ひずみεｔｒは、温度の関数として
ｄεｔｒ＝Ｋ・σｎ・ｄＴ
で表すことができ、異なる荷重条件の下で変態塑性ひずみを推定することができるようになる。なお、上記Ｋは材料によって決まる変態塑性係数である。
【特許文献１】特開２００２−２０２２３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、加熱後の材料（供試片）を油中や水中に浸漬して急冷する場合には、均一に冷却されず冷却速度も一定でないため、このような冷却速度の速い（５０℃／秒以上）変態（マルテンサイト変態）については、変態塑性係数Ｋが明確にされておらず、変態塑性ひずみの測定精度を向上させる上で課題となっている。
【００１０】
本発明は以上のような従来の変態塑性ひずみ測定方法における課題を考慮してなされたものであり、冷却速度の速い変態を伴う材料の変態塑性係数を明確にし、変態塑性ひずみの測定精度を向上させることができる変態塑性ひずみ測定装置および変態塑性ひずみ測定方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の第一の形態としての変態塑性ひずみ測定装置は、供試片を収納するとともに加熱、急冷するための容器と、供試片の温度を測定する温度測定手段と、急冷却中の供試片の変形量を測定する変形量測定手段と、温度測定手段によって測定された供試片温度および変形量測定手段によって測定された変形量に基づいて変態塑性係数を定め、その変態塑性係数を用いて変態塑性ひずみを算出する変態塑性ひずみ算出手段と、を備えてなることを要旨とする。
【００１２】
上記変態塑性ひずみ測定装置において、上記容器に、加熱手段を備えた加熱室と冷却剤を貯留した冷却室を備えることができる。
【００１３】
上記冷却剤の具体例としては、油、水、ポリマー（冷却能を調整するための）を添加した水溶性焼き入れ液等を使用することができる。
【００１４】
また、この構成において、加熱室と冷却室の間で供試片を移動させる供試片移動機構を備えれば、加熱した供試片を冷却室に移動させて冷却剤中に浸漬させ、供試片を急冷することができる。
【００１５】
また、容器の一部に覗窓を有し、変形量測定手段としてレーザー変位計を備えれば、覗窓を通して供試片の温度を非接触で測定することができる。
【００１６】
また、供試片として、一方が自由端であり他方が固定された軸体を有し、この軸体を異形断面にすれば、供試片の変形を誘発させて変形量を効率良く測定することができるようになる。
【００１７】
本発明の第二の形態としての変態ひずみ測定方法は、供試片を加熱後、急冷し、急冷却中の上記供試片の温度と変形量を測定し、測定された温度および変形量に基づいて変態塑性係数を定め、その変態塑性係数を用いて変態塑性ひずみを算出することを要旨とする。
【００１８】
上記変態塑性ひずみ測定方法において、供試片の変形量εを下記(１)式によって定義し、
ε＝εｅ＋εｐ＋εｃ＋εＴ＋εｔｒ ……(１)
ただし、εｅ：弾性ひずみ、εｐ：塑性ひずみ、εｃ：クリープひずみ、
εＴ：熱ひずみ、εｔｒ：変態塑性ひずみ
各ひずみεｅ，εｐ，εｃ，εＴを一般的な構造解析により求め、
変態塑性ひずみεｔｒを下記(２)式によって定義し、
εｔｒ＝（２／３）Ｋ（１−ξ）ξσｎ ……(２)
ただし、ξ：体積分率、σ：相当応力、ｎ：定数、Ｋ：変態塑性係数
測定時に求められる変形量εからεｔｒを求め、ξ、σを既知数とし、変態塑性係数Ｋを未知数として求めることができる。
【００１９】
また、上記変態塑性ひずみ測定方法では、加熱した供試片を冷却剤中に浸漬させて急冷する。
【００２０】
また、上記変態塑性ひずみ測定方法では、一方が自由端であり他方が固定された異形断面からなる軸体を、上記供試体とすることが好ましい。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の変態塑性ひずみ測定装置および変態塑性ひずみ測定方法によれば、冷却速度の速い変態を伴う材料についても変態塑性係数を定めることが可能になり、その変態塑性係数を用いて変形塑性ひずみを正確に求めることができるという長所を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、図面に示した実施の形態に基づいて本発明を詳細に説明する。
【００２３】
〈 変態塑性ひずみ測定装置 〉
図１は、本発明に係る変態塑性ひずみ測定装置の第一の構成を示す正面断面図であり、冷却槽を備えたものである。
【００２４】
同図において、１は天板１ａと底板１ｂを有する円筒状容器で構成された加熱チャンバーであり、内径が略３００ｍｍからなるその加熱チャンバー１の天板１ａからクロスヘッド（供試体移動機構）２を介して供試片３が垂下されている。
【００２５】
詳しくは、クロスヘッド２は、流体圧シリンダ２ａからロッド２ｂが伸縮されることによって加熱室Ａ内を矢印Ｂ方向に昇降するようになっており、クロスヘッド２の下端に供試片３の上端が片持ち状態で固定されている。なお、ロッド２ｂの昇降はスリーブ２ｃによってガイドされている。
【００２６】
クロスヘッド２は、図示しないドライバを介して自動操作することができるように構成されているが、手動操作によってその昇降量、昇降速度を制御するものであってもよい。
【００２７】
また、加熱チャンバー１には真空ポンプ４と不活性ガスを蓄えたタンク５が接続されている。
【００２８】
真空ポンプ４を駆動して加熱チャンバー１内を減圧した後、バルブ６を開けば、タンク５内の不活性ガス、例えばアルゴンガスが加熱チャンバー１内に導入され、チャンバー内を不活性ガス雰囲気に置換することができるようになっている。それにより、加熱後の供試片３の酸化を防止するようになっている。
【００２９】
また、供試片３の周囲を巻回するようにして誘導コイル（加熱手段）７が配置されており、供試片３を所定の温度に高周波加熱するようになっている。なお、誘導コイル７は上記スリーブ２ｃに固定されている。
【００３０】
加熱された供試片３の温度は熱電対（温度測定手段）８によって測定され、測定された温度信号Ｓ１はデータ収録・解析装置（変態塑性ひずみ算出手段）９に与えられるようになっている。
【００３１】
このデータ収集・解析装置９は、後述する熱伝導解析部９ａと変形予測部９ｂとを有し、さらに数値や指令を入力するための入力部９ｃを備えている。
【００３２】
上記熱電対８は供試片３の中心部にその感温部を埋設することが好ましい。また、供試片３の温度分布を正確に把握するには、供試片３の外面にも熱電対８を取り付けることが好ましい。なお、熱電対８の取付け箇所が制限される場合には、予め、供試片３の熱伝導、例えば温度勾配を実験にて求めておき、供試片３の一カ所に取り付けた熱電対８で内部温度を推定することもできる。
【００３３】
また、供試片３の放射率を特定することができれば、例えば赤外線サーモグラフィーや放射温度計等の非接触式温度計を使用することもできる。
【００３４】
赤外線サーモグラフィーは、知られているように、物体から出る赤外線エネルギをセンサで検知し、赤外線エネルギを温度に変換し、物体の温度分布をモニタ上に色パターンで画像出力するものであり、加熱チャンバー１内で昇降する供試片３の表面温度を測定することができる。なお、このような温度解析に使用される赤外線サーモグラフィーは、０．１℃の分解能を備えたものであれば足りる。
【００３５】
また、供試片３の昇降動作に追尾できる機構を備えれば、上記放射温度計を使用することもできる。
【００３６】
また、加熱チャンバー１の下部１ｃは、冷却用油（または水）Ｃを貯留するための冷却槽（冷却室）１０として構成されており、この冷却槽１０の上部には冷却槽１０内の空気が加熱室Ａ内に流れることを阻止するための遮蔽蓋１１ａが設けられ、さらにその遮蔽蓋１１ａの中央にはスライド式の開閉扉１１ｂが設けられている。
【００３７】
上記開閉扉１１ｂは供試片３の冷却時、すなわち、供試片３を降下させて冷却用油Ｃ内に浸漬する場合にのみ開くようになっている。
【００３８】
冷却用油Ｃ中に浸漬された供試片３における自由端側の曲げは、レーザー変位計（変形量測定手段）１２によって測定され、変位信号Ｓ２は上記データ収集・解析装置９に与えられるようになっている。
【００３９】
なお、上記冷却用油Ｃは、レーザー変位計１２からのレーザー光を屈折することなく供試片３に照射できるように、透明に調整されたものを使用している。
【００４０】
また、供試片３の変位測定は上記したレーザー変位計１２に限らず、カメラで撮影した画像を画像処理することによっても測定することもできる。
【００４１】
なお、図１中、１ｄは透明窓部を示している。
【００４２】
図２は本発明に係る変態塑性ひずみ測定装置の第二の構成を示す正面断面図であり、冷却槽を備えていないものである。なお、図１と同じ構成要素については同一符号を付してその説明を省略する。また、説明を簡単にするため、クロスヘッド２、誘導コイル７は図示を省略している。
【００４３】
図２(ａ)は冷却前の状態を示している。
【００４４】
冷却槽１０を備えていない代わりに冷却用油Ｃ（または水）を貯留したタンク１３を備えており、このタンク１３はバルブ１４を備えた管路１５によって加熱チャンバー１と接続されている。したがって、バルブ１４を開くと、タンク１３内の冷却用油Ｃが加熱室Ａ内に供給される。
【００４５】
図２(ｂ)は冷却開始時の状態を示している。
【００４６】
バルブ１４が開かれることによって加熱室Ａ内に油が充填される。
【００４７】
加熱された供試片３の温度は図１に示した方法と同様に、熱電対８によって測定され、測定された温度信号Ｓ１はデータ収録・解析装置９に与えられるようになっている。
【００４８】
冷却用油Ｃ中に浸漬された供試片３自由端側の曲げは、レーザー変位計１２によって測定され、変位信号Ｓ２は上記データ収録・解析装置９に与えられるようになっている。
【００４９】
このようにして図３に示すような変位曲線が求められ、この結果を用いてデータ収録・解析装置９が予め記憶されているプログラムを実行することにより、変態塑性ひずみを計算するようになっている。
【００５０】
また、データ収録・解析装置９は、熱電対８によって連続的に測定された温度と、レーザー変位計１２によって連続的に測定された変位量とをそれぞれ対応させて内部メモリに記憶する。なお、熱電対８の計時とレーザー変位計１２の計時は同期させる。
【００５１】
次に、時間の経過に対応する曲げ変形量Ｘから図４に示すような変位曲線を計算する。この変位曲線は、モニタ（図示しない）の画面上に表示したり、プリンタに印刷出力してもよい。
【００５２】
〈 供試片 〉
図４は上記供試片３の形状を示したものであり、(ａ)は正面図、(ｂ)はその端面図を示している。
【００５３】
本発明で使用される供試片３は、冷却の不均一による一方向への曲がりを誘発するように異形断面に形成されており、ＳＣＲ４２０（表１の成分参照）の鋼軸（φ１０ｍｍ×長さ１００ｍｍ）の軸全長にキー溝３ａを形成している。
【００５４】
【表１】
【００５５】
なお、断面形状を異形とする場合、図４に示した断面形状に限らず、図５に示すような三日月状断面を有する鋼軸であってもよく、また、半円状断面を有する鋼軸（図示しない）であってもよい。
【００５６】
供試片３の表面熱伝達率は予め測定されており、図６に示すような特性を描く。
【００５７】
（実施例）
供試片３を図１に示した変態塑性ひずみ測定装置のクロスヘッド２に取り付けた。
【００５８】
真空ポンプ４を駆動させることにより加熱チャンバー１内を脱気した後、バルブ６を開いて加熱チャンバー１内をアルゴン置換した。
【００５９】
次に、誘導コイル７に高周波電流を流し、供試片３を８５０℃まで加熱した。
【００６０】
供試片３の温度は、その供試片３にスポット溶接したＫ熱電対（構成材料：クロメル−アルメル）によって連続的に計測した。
【００６１】
加熱開始から３０分経過した時点で開閉扉１１ｂを開き、クロスヘッド２を介して供試片３を冷却槽１０内の冷却用油Ｃ中に浸漬させた。
【００６２】
なお、冷却用油Ｃは透明に調整されたものであって温度範囲としては６０〜１２０℃が好ましい。
【００６３】
レーザー変位計１２によって、供試片３において自由端側の曲げ変形量Ｘを連続的に測定した。
【００６４】
図７は、こうして経時的に測定された曲げ変形量を示したものである。
【００６５】
この値を有限要素法によって変位解析することにより、後述するように、変態塑性ひずみを定めることが可能になる。なお、変位予測の計算手法としては、有限要素法の他に差分法などを採用することができる。
【００６６】
なお、図７に示した変位曲線について説明すると、一般的に、冷却に伴って材料が縮小する。ところが、変態が進行する（冷却に伴って変態が進む）場合には、キー溝の切っている側の方が速く冷えるため、始めにキー溝側がマイナス側（図中Ｄ参照）に変形し、変態時に逆方向に曲がり始める（図中Ｅ参照）。したがって、約２〜４秒の区間（極小〜極大区間）で変態していると考えられる。
【００６７】
〈 変態塑性ひずみの測定方法 〉
次に、データ収録・解析装置９によって変態塑性ひずみを求める手順について説明する。
【００６８】
鋼を冷却すると鋼中に温度分布が生じ、その温度分布による熱応力が発生する。
【００６９】
変態によって変態応力が発生することは文献等によって報告されている通りであり、組織、温度、応力／ひずみを関連させて解析することが従来から行なわれている。
【００７０】
しかしながら、鋼を急冷した場合に生じる変態によって変態応力がどのような影響を受けるかは、変態塑性係数が明確でないため十分に解析されていない。
【００７１】
そこで、本発明では下記の手順によってまず、変態塑性係数Ｋを求めている。
【００７２】
ａ．熱伝導解析部９ａによる熱伝導解析
応力仕事や潜熱による発熱がある場合の熱伝導解析では、温度Ｔの場を下記式(３)の熱伝導方程式によって求めている。
【００７３】
【数１】
【００７４】
ここで、ρ、ｃ、ｋはそれぞれ密度、比熱、熱伝導率であり、入力部９ｃを介して熱伝導解析部９ａに入力される。なお、潜熱を考慮した右辺、第二項においてＬＩＪおよびξＩＪは、組織ＩからＪへの変態における潜熱および組織Ｊの体積分率である。
【００７５】
ξＩＪは、下記式(４)に示されるように、温度Ｔと時間ｔで決まるものであり、冷却速度一定の条件で温度と時間との関係を求めた連続冷却変態図（ＣＣＴ線図）や、温度一定の条件で温度と時間との関係を求めた等温変態図（ＴＴＴ線図）を用いて定式化しておく。
【００７６】
【数２】
【００７７】
例えば、マルテンサイト拡散型変態の場合、ｍａｇｅｅの式（下記式(５)）が用いられることが多い。
【００７８】
【数３】
【００７９】
なお、上記式(４)、(５)では応力の項を影響が小さいとみなして省略している。
【００８０】
式(５)において、Ｍｓは変態開始温度、Ａは係数である。これらＭｓおよびＡは上記ＣＣＴ線図またはＴＴＴ線図を用いて決定する。
【００８１】
ただし、変態が進行する場合、変態潜熱によって温度が変化するため、式(３)、(５)を連成して解く必要がある。
【００８２】
熱伝導解析部９ａは、与えられた条件、および供試片３の冷却過程において熱電対８によって測定された供試片３の温度に基づき、有限要素法に基づいて温度Ｔ、体積分率ξを求め、これらの値をさらに変形予測部９ｂに与える。
【００８３】
ｂ．変形予測部９ｂによる応力解析
運動方程式を解いて下記式(６)の右辺の各ひずみを求める。
【００８４】
【数４】
【００８５】
ここで、εは全ひずみ、εｅ、εｐ、εｃ、εＴ、εｔｒは、それぞれ、弾性ひずみ、塑性ひずみ、クリープひずみ、熱ひずみ、変態塑性ひずみである。ただし、式(６)中のドット記号は時間微分を示している。
【００８６】
上記εｅ、εｐ、εｃ、εＴについては、一般的な構造解析で用いられているため、詳細な説明を省略するが、例えば下記式(７)に示す、
【００８７】
【数５】
σは応力、Ｅやヤング率。
【００８８】
引張試験結果で得られる応力ひずみ関係式や、
例えば下記式(８)式に示す、
【００８９】
【数６】
αＴは温度Ｔにおける線膨張係数、ΔＴは温度増分（変態膨張、変態収縮を含む）。
【００９０】
本発明では、これらのひずみに対し変態塑性ひずみεｔｒを加味するものである。
【００９１】
上記変態塑性ひずみεｔｒは、変態の進行（体積分率の変化率（１−ξ）、組織の体積分率ξドット）、応力σの関数であり、下記式(９)などが用いられる。
【００９２】
【数７】
【００９３】
このとき、変態塑性ひずみεｔｒを決めるための係数Ｋが変態塑性係数であり、材料によって一意に決まるとされている。なお、係数ｎも実験的に求める必要があるが、低応力ではｎ＝１とみなすことができる。
【００９４】
本発明の変態塑性ひずみ測定方法は、上記変態塑性係数Ｋを定め、その変態塑性係数Ｋに基づいて変態塑性ひずみεｔｒを計算するものである。
【００９５】
なお、本発明は従来、明確にされていなかった変態塑性係数Ｋの値を定めることを特徴とするものであるから、その変態塑性係数Ｋを利用して変態塑性ひずみεｔｒを求める計算式としては、式(９)に限らず、下記に示す定義式(１０)を使うこともできる。
【００９６】
【数８】
【００９７】
次いで、上記変態塑性係数Ｋを用いて計算された時刻ｔにおける曲げ変形量Ｘと実測した曲げ変形量Ｘ′とを比較し、
Ｘ−Ｘ′＜許容誤差ｐ
であるかどうかを判断する。
【００９８】
判断の結果、ｎｏであれば、Ｋ＋ΔＫを、仮定した変態塑性係数Ｋとして再度、変形予測部９ｂに与え、曲げ変形量Ｘを計算する。
【００９９】
その結果が許容誤差ｐを下回れば、次に時刻ｔ＝ｔ＋Δｔとして、変形が進行する供試片３について変態塑性係数Ｋを経時的に計算していく。なお、変態塑性係数Ｋの値は基本的に材料によって一つに定まるものであるが、計算によって複数求められる場合にはそれらの平均をとってもよい。
【０１００】
このように、変形予測部９ｂによって定められた変態塑性係数Ｋを用い、ひずみ算出部９ｃは時刻ｔ毎の変態塑性ひずみεｔｒを計算する。
【０１０１】
したがって、上記変態塑性ひずみ測定方法によれば、変態塑性ひずみεｔｒを正確に計算することができるため、材料の強度評価や変形の予測を行なうことが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【０１０２】
【図１】本発明に係る変態塑性ひずみ測定装置の第一の構成を示す正面断面図である。
【図２】変態塑性ひずみ測定装置の第二の構成であり、(ａ)は冷却前の状態を示す図１相当図、(ｂ)は冷却開始時の状態を示す図１相当図である。
【図３】本発明の変態塑性ひずみ測定装置によって測定された曲げ変形量のグラフである。
【図４】(ａ)は本発明の変態塑性ひずみ測定装置に使用される供試片形状を示す正面図、(ｂ)はその端面図である。
【図５】(ａ)は別の供試片形状を示す正面図、(ｂ)はその端面図である。
【図６】図４に示す供試片の表面熱伝達率を示したグラフである。
【図７】実施例の変態塑性ひずみ測定装置によって測定された曲げ変形量のグラフである。
【符号の説明】
【０１０３】
１ 加熱チャンバー
２ クロスヘッド
２ａ 流体圧シリンダ
３ 供試片
４ 真空ポンプ
５ タンク
６ バルブ
７ 誘導コイル
８ 熱電対
９ データ収集・解析装置
９ａ 熱伝導解析部
９ｂ 変形予測部
９ｃ 入力部
１０ 冷却槽
１１ａ 遮蔽蓋
１１ｂ 開閉扉
１２ レーザー変位計
１３ タンク
１４ バルブ
１５ 管路
【技術分野】
【０００１】
本発明は、変態を伴う冷却過程の材料について変態塑性ひずみを測定する測定装置およびその測定方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
焼入処理のように冷却に供せされる材料について変形予測、応力予測することは、製品の品質を管理したり製造工程を管理する上で重要課題となっている。
【０００３】
冷却を伴う材料の強度特性は、従来から引張試験、圧縮試験等によって測定されてきたが、変態温度域の強度特性に関しては、変態に伴って生じる膨張または圧縮のひずみと、変態進行時に応力を受けることによって生じる変態塑性ひずみとを分離することが困難であるという課題があった。
【０００４】
変態時の膨張または圧縮のひずみを無視しうる簡便なひずみ推定方法として、「鋼材の変態塑性ひずみの推定方法」が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
上記推定方法は、冷却中または加熱中の鋼材供試片に曲げ荷重を与えたときのたわみ量を測定し、温度とたわみ量の関係を示すたわみ曲線に基づいて変態塑性ひずみを求めるものである。
【０００６】
詳しくは、変態時の力学挙動を数値モデル化し、弾性ひずみεｅ、塑性ひずみεｐ、熱ひずみεＴ、変態塑性ひずみεｔｒの総和を全ひずみ（実際に測定できるひずみ）εと定義し、
全ひずみεを
ε＝εｅ＋εｐ＋εＴ＋εｔｒ
で表している。
【０００７】
上記式の右辺において変態塑性ひずみεｔｒについては、曲げ試験を行なった際のたわみが荷重および変態の進行に依存するという実験結果に基づき、応力の関数として、
ｄεｔｒ／ｄｔ＝Ａ・σn
で表している。ただし、ｄεｔｒは変態塑性ひずみ増分、ｄｔは時間増分、Ａは係数、σは相当応力、ｎは係数である。したがって、実験によりたわみ量が明らかになると、上記係数Ａ，ｎを一意に求めることができる。
【０００８】
また、大気放冷する場合のように冷却速度ｄＴ／ｄｔが一定である場合は、
変態塑性ひずみεｔｒは、温度の関数として
ｄεｔｒ＝Ｋ・σｎ・ｄＴ
で表すことができ、異なる荷重条件の下で変態塑性ひずみを推定することができるようになる。なお、上記Ｋは材料によって決まる変態塑性係数である。
【特許文献１】特開２００２−２０２２３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、加熱後の材料（供試片）を油中や水中に浸漬して急冷する場合には、均一に冷却されず冷却速度も一定でないため、このような冷却速度の速い（５０℃／秒以上）変態（マルテンサイト変態）については、変態塑性係数Ｋが明確にされておらず、変態塑性ひずみの測定精度を向上させる上で課題となっている。
【００１０】
本発明は以上のような従来の変態塑性ひずみ測定方法における課題を考慮してなされたものであり、冷却速度の速い変態を伴う材料の変態塑性係数を明確にし、変態塑性ひずみの測定精度を向上させることができる変態塑性ひずみ測定装置および変態塑性ひずみ測定方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の第一の形態としての変態塑性ひずみ測定装置は、供試片を収納するとともに加熱、急冷するための容器と、供試片の温度を測定する温度測定手段と、急冷却中の供試片の変形量を測定する変形量測定手段と、温度測定手段によって測定された供試片温度および変形量測定手段によって測定された変形量に基づいて変態塑性係数を定め、その変態塑性係数を用いて変態塑性ひずみを算出する変態塑性ひずみ算出手段と、を備えてなることを要旨とする。
【００１２】
上記変態塑性ひずみ測定装置において、上記容器に、加熱手段を備えた加熱室と冷却剤を貯留した冷却室を備えることができる。
【００１３】
上記冷却剤の具体例としては、油、水、ポリマー（冷却能を調整するための）を添加した水溶性焼き入れ液等を使用することができる。
【００１４】
また、この構成において、加熱室と冷却室の間で供試片を移動させる供試片移動機構を備えれば、加熱した供試片を冷却室に移動させて冷却剤中に浸漬させ、供試片を急冷することができる。
【００１５】
また、容器の一部に覗窓を有し、変形量測定手段としてレーザー変位計を備えれば、覗窓を通して供試片の温度を非接触で測定することができる。
【００１６】
また、供試片として、一方が自由端であり他方が固定された軸体を有し、この軸体を異形断面にすれば、供試片の変形を誘発させて変形量を効率良く測定することができるようになる。
【００１７】
本発明の第二の形態としての変態ひずみ測定方法は、供試片を加熱後、急冷し、急冷却中の上記供試片の温度と変形量を測定し、測定された温度および変形量に基づいて変態塑性係数を定め、その変態塑性係数を用いて変態塑性ひずみを算出することを要旨とする。
【００１８】
上記変態塑性ひずみ測定方法において、供試片の変形量εを下記(１)式によって定義し、
ε＝εｅ＋εｐ＋εｃ＋εＴ＋εｔｒ ……(１)
ただし、εｅ：弾性ひずみ、εｐ：塑性ひずみ、εｃ：クリープひずみ、
εＴ：熱ひずみ、εｔｒ：変態塑性ひずみ
各ひずみεｅ，εｐ，εｃ，εＴを一般的な構造解析により求め、
変態塑性ひずみεｔｒを下記(２)式によって定義し、
εｔｒ＝（２／３）Ｋ（１−ξ）ξσｎ ……(２)
ただし、ξ：体積分率、σ：相当応力、ｎ：定数、Ｋ：変態塑性係数
測定時に求められる変形量εからεｔｒを求め、ξ、σを既知数とし、変態塑性係数Ｋを未知数として求めることができる。
【００１９】
また、上記変態塑性ひずみ測定方法では、加熱した供試片を冷却剤中に浸漬させて急冷する。
【００２０】
また、上記変態塑性ひずみ測定方法では、一方が自由端であり他方が固定された異形断面からなる軸体を、上記供試体とすることが好ましい。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の変態塑性ひずみ測定装置および変態塑性ひずみ測定方法によれば、冷却速度の速い変態を伴う材料についても変態塑性係数を定めることが可能になり、その変態塑性係数を用いて変形塑性ひずみを正確に求めることができるという長所を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、図面に示した実施の形態に基づいて本発明を詳細に説明する。
【００２３】
〈 変態塑性ひずみ測定装置 〉
図１は、本発明に係る変態塑性ひずみ測定装置の第一の構成を示す正面断面図であり、冷却槽を備えたものである。
【００２４】
同図において、１は天板１ａと底板１ｂを有する円筒状容器で構成された加熱チャンバーであり、内径が略３００ｍｍからなるその加熱チャンバー１の天板１ａからクロスヘッド（供試体移動機構）２を介して供試片３が垂下されている。
【００２５】
詳しくは、クロスヘッド２は、流体圧シリンダ２ａからロッド２ｂが伸縮されることによって加熱室Ａ内を矢印Ｂ方向に昇降するようになっており、クロスヘッド２の下端に供試片３の上端が片持ち状態で固定されている。なお、ロッド２ｂの昇降はスリーブ２ｃによってガイドされている。
【００２６】
クロスヘッド２は、図示しないドライバを介して自動操作することができるように構成されているが、手動操作によってその昇降量、昇降速度を制御するものであってもよい。
【００２７】
また、加熱チャンバー１には真空ポンプ４と不活性ガスを蓄えたタンク５が接続されている。
【００２８】
真空ポンプ４を駆動して加熱チャンバー１内を減圧した後、バルブ６を開けば、タンク５内の不活性ガス、例えばアルゴンガスが加熱チャンバー１内に導入され、チャンバー内を不活性ガス雰囲気に置換することができるようになっている。それにより、加熱後の供試片３の酸化を防止するようになっている。
【００２９】
また、供試片３の周囲を巻回するようにして誘導コイル（加熱手段）７が配置されており、供試片３を所定の温度に高周波加熱するようになっている。なお、誘導コイル７は上記スリーブ２ｃに固定されている。
【００３０】
加熱された供試片３の温度は熱電対（温度測定手段）８によって測定され、測定された温度信号Ｓ１はデータ収録・解析装置（変態塑性ひずみ算出手段）９に与えられるようになっている。
【００３１】
このデータ収集・解析装置９は、後述する熱伝導解析部９ａと変形予測部９ｂとを有し、さらに数値や指令を入力するための入力部９ｃを備えている。
【００３２】
上記熱電対８は供試片３の中心部にその感温部を埋設することが好ましい。また、供試片３の温度分布を正確に把握するには、供試片３の外面にも熱電対８を取り付けることが好ましい。なお、熱電対８の取付け箇所が制限される場合には、予め、供試片３の熱伝導、例えば温度勾配を実験にて求めておき、供試片３の一カ所に取り付けた熱電対８で内部温度を推定することもできる。
【００３３】
また、供試片３の放射率を特定することができれば、例えば赤外線サーモグラフィーや放射温度計等の非接触式温度計を使用することもできる。
【００３４】
赤外線サーモグラフィーは、知られているように、物体から出る赤外線エネルギをセンサで検知し、赤外線エネルギを温度に変換し、物体の温度分布をモニタ上に色パターンで画像出力するものであり、加熱チャンバー１内で昇降する供試片３の表面温度を測定することができる。なお、このような温度解析に使用される赤外線サーモグラフィーは、０．１℃の分解能を備えたものであれば足りる。
【００３５】
また、供試片３の昇降動作に追尾できる機構を備えれば、上記放射温度計を使用することもできる。
【００３６】
また、加熱チャンバー１の下部１ｃは、冷却用油（または水）Ｃを貯留するための冷却槽（冷却室）１０として構成されており、この冷却槽１０の上部には冷却槽１０内の空気が加熱室Ａ内に流れることを阻止するための遮蔽蓋１１ａが設けられ、さらにその遮蔽蓋１１ａの中央にはスライド式の開閉扉１１ｂが設けられている。
【００３７】
上記開閉扉１１ｂは供試片３の冷却時、すなわち、供試片３を降下させて冷却用油Ｃ内に浸漬する場合にのみ開くようになっている。
【００３８】
冷却用油Ｃ中に浸漬された供試片３における自由端側の曲げは、レーザー変位計（変形量測定手段）１２によって測定され、変位信号Ｓ２は上記データ収集・解析装置９に与えられるようになっている。
【００３９】
なお、上記冷却用油Ｃは、レーザー変位計１２からのレーザー光を屈折することなく供試片３に照射できるように、透明に調整されたものを使用している。
【００４０】
また、供試片３の変位測定は上記したレーザー変位計１２に限らず、カメラで撮影した画像を画像処理することによっても測定することもできる。
【００４１】
なお、図１中、１ｄは透明窓部を示している。
【００４２】
図２は本発明に係る変態塑性ひずみ測定装置の第二の構成を示す正面断面図であり、冷却槽を備えていないものである。なお、図１と同じ構成要素については同一符号を付してその説明を省略する。また、説明を簡単にするため、クロスヘッド２、誘導コイル７は図示を省略している。
【００４３】
図２(ａ)は冷却前の状態を示している。
【００４４】
冷却槽１０を備えていない代わりに冷却用油Ｃ（または水）を貯留したタンク１３を備えており、このタンク１３はバルブ１４を備えた管路１５によって加熱チャンバー１と接続されている。したがって、バルブ１４を開くと、タンク１３内の冷却用油Ｃが加熱室Ａ内に供給される。
【００４５】
図２(ｂ)は冷却開始時の状態を示している。
【００４６】
バルブ１４が開かれることによって加熱室Ａ内に油が充填される。
【００４７】
加熱された供試片３の温度は図１に示した方法と同様に、熱電対８によって測定され、測定された温度信号Ｓ１はデータ収録・解析装置９に与えられるようになっている。
【００４８】
冷却用油Ｃ中に浸漬された供試片３自由端側の曲げは、レーザー変位計１２によって測定され、変位信号Ｓ２は上記データ収録・解析装置９に与えられるようになっている。
【００４９】
このようにして図３に示すような変位曲線が求められ、この結果を用いてデータ収録・解析装置９が予め記憶されているプログラムを実行することにより、変態塑性ひずみを計算するようになっている。
【００５０】
また、データ収録・解析装置９は、熱電対８によって連続的に測定された温度と、レーザー変位計１２によって連続的に測定された変位量とをそれぞれ対応させて内部メモリに記憶する。なお、熱電対８の計時とレーザー変位計１２の計時は同期させる。
【００５１】
次に、時間の経過に対応する曲げ変形量Ｘから図４に示すような変位曲線を計算する。この変位曲線は、モニタ（図示しない）の画面上に表示したり、プリンタに印刷出力してもよい。
【００５２】
〈 供試片 〉
図４は上記供試片３の形状を示したものであり、(ａ)は正面図、(ｂ)はその端面図を示している。
【００５３】
本発明で使用される供試片３は、冷却の不均一による一方向への曲がりを誘発するように異形断面に形成されており、ＳＣＲ４２０（表１の成分参照）の鋼軸（φ１０ｍｍ×長さ１００ｍｍ）の軸全長にキー溝３ａを形成している。
【００５４】
【表１】
【００５５】
なお、断面形状を異形とする場合、図４に示した断面形状に限らず、図５に示すような三日月状断面を有する鋼軸であってもよく、また、半円状断面を有する鋼軸（図示しない）であってもよい。
【００５６】
供試片３の表面熱伝達率は予め測定されており、図６に示すような特性を描く。
【００５７】
（実施例）
供試片３を図１に示した変態塑性ひずみ測定装置のクロスヘッド２に取り付けた。
【００５８】
真空ポンプ４を駆動させることにより加熱チャンバー１内を脱気した後、バルブ６を開いて加熱チャンバー１内をアルゴン置換した。
【００５９】
次に、誘導コイル７に高周波電流を流し、供試片３を８５０℃まで加熱した。
【００６０】
供試片３の温度は、その供試片３にスポット溶接したＫ熱電対（構成材料：クロメル−アルメル）によって連続的に計測した。
【００６１】
加熱開始から３０分経過した時点で開閉扉１１ｂを開き、クロスヘッド２を介して供試片３を冷却槽１０内の冷却用油Ｃ中に浸漬させた。
【００６２】
なお、冷却用油Ｃは透明に調整されたものであって温度範囲としては６０〜１２０℃が好ましい。
【００６３】
レーザー変位計１２によって、供試片３において自由端側の曲げ変形量Ｘを連続的に測定した。
【００６４】
図７は、こうして経時的に測定された曲げ変形量を示したものである。
【００６５】
この値を有限要素法によって変位解析することにより、後述するように、変態塑性ひずみを定めることが可能になる。なお、変位予測の計算手法としては、有限要素法の他に差分法などを採用することができる。
【００６６】
なお、図７に示した変位曲線について説明すると、一般的に、冷却に伴って材料が縮小する。ところが、変態が進行する（冷却に伴って変態が進む）場合には、キー溝の切っている側の方が速く冷えるため、始めにキー溝側がマイナス側（図中Ｄ参照）に変形し、変態時に逆方向に曲がり始める（図中Ｅ参照）。したがって、約２〜４秒の区間（極小〜極大区間）で変態していると考えられる。
【００６７】
〈 変態塑性ひずみの測定方法 〉
次に、データ収録・解析装置９によって変態塑性ひずみを求める手順について説明する。
【００６８】
鋼を冷却すると鋼中に温度分布が生じ、その温度分布による熱応力が発生する。
【００６９】
変態によって変態応力が発生することは文献等によって報告されている通りであり、組織、温度、応力／ひずみを関連させて解析することが従来から行なわれている。
【００７０】
しかしながら、鋼を急冷した場合に生じる変態によって変態応力がどのような影響を受けるかは、変態塑性係数が明確でないため十分に解析されていない。
【００７１】
そこで、本発明では下記の手順によってまず、変態塑性係数Ｋを求めている。
【００７２】
ａ．熱伝導解析部９ａによる熱伝導解析
応力仕事や潜熱による発熱がある場合の熱伝導解析では、温度Ｔの場を下記式(３)の熱伝導方程式によって求めている。
【００７３】
【数１】
【００７４】
ここで、ρ、ｃ、ｋはそれぞれ密度、比熱、熱伝導率であり、入力部９ｃを介して熱伝導解析部９ａに入力される。なお、潜熱を考慮した右辺、第二項においてＬＩＪおよびξＩＪは、組織ＩからＪへの変態における潜熱および組織Ｊの体積分率である。
【００７５】
ξＩＪは、下記式(４)に示されるように、温度Ｔと時間ｔで決まるものであり、冷却速度一定の条件で温度と時間との関係を求めた連続冷却変態図（ＣＣＴ線図）や、温度一定の条件で温度と時間との関係を求めた等温変態図（ＴＴＴ線図）を用いて定式化しておく。
【００７６】
【数２】
【００７７】
例えば、マルテンサイト拡散型変態の場合、ｍａｇｅｅの式（下記式(５)）が用いられることが多い。
【００７８】
【数３】
【００７９】
なお、上記式(４)、(５)では応力の項を影響が小さいとみなして省略している。
【００８０】
式(５)において、Ｍｓは変態開始温度、Ａは係数である。これらＭｓおよびＡは上記ＣＣＴ線図またはＴＴＴ線図を用いて決定する。
【００８１】
ただし、変態が進行する場合、変態潜熱によって温度が変化するため、式(３)、(５)を連成して解く必要がある。
【００８２】
熱伝導解析部９ａは、与えられた条件、および供試片３の冷却過程において熱電対８によって測定された供試片３の温度に基づき、有限要素法に基づいて温度Ｔ、体積分率ξを求め、これらの値をさらに変形予測部９ｂに与える。
【００８３】
ｂ．変形予測部９ｂによる応力解析
運動方程式を解いて下記式(６)の右辺の各ひずみを求める。
【００８４】
【数４】
【００８５】
ここで、εは全ひずみ、εｅ、εｐ、εｃ、εＴ、εｔｒは、それぞれ、弾性ひずみ、塑性ひずみ、クリープひずみ、熱ひずみ、変態塑性ひずみである。ただし、式(６)中のドット記号は時間微分を示している。
【００８６】
上記εｅ、εｐ、εｃ、εＴについては、一般的な構造解析で用いられているため、詳細な説明を省略するが、例えば下記式(７)に示す、
【００８７】
【数５】
σは応力、Ｅやヤング率。
【００８８】
引張試験結果で得られる応力ひずみ関係式や、
例えば下記式(８)式に示す、
【００８９】
【数６】
αＴは温度Ｔにおける線膨張係数、ΔＴは温度増分（変態膨張、変態収縮を含む）。
【００９０】
本発明では、これらのひずみに対し変態塑性ひずみεｔｒを加味するものである。
【００９１】
上記変態塑性ひずみεｔｒは、変態の進行（体積分率の変化率（１−ξ）、組織の体積分率ξドット）、応力σの関数であり、下記式(９)などが用いられる。
【００９２】
【数７】
【００９３】
このとき、変態塑性ひずみεｔｒを決めるための係数Ｋが変態塑性係数であり、材料によって一意に決まるとされている。なお、係数ｎも実験的に求める必要があるが、低応力ではｎ＝１とみなすことができる。
【００９４】
本発明の変態塑性ひずみ測定方法は、上記変態塑性係数Ｋを定め、その変態塑性係数Ｋに基づいて変態塑性ひずみεｔｒを計算するものである。
【００９５】
なお、本発明は従来、明確にされていなかった変態塑性係数Ｋの値を定めることを特徴とするものであるから、その変態塑性係数Ｋを利用して変態塑性ひずみεｔｒを求める計算式としては、式(９)に限らず、下記に示す定義式(１０)を使うこともできる。
【００９６】
【数８】
【００９７】
次いで、上記変態塑性係数Ｋを用いて計算された時刻ｔにおける曲げ変形量Ｘと実測した曲げ変形量Ｘ′とを比較し、
Ｘ−Ｘ′＜許容誤差ｐ
であるかどうかを判断する。
【００９８】
判断の結果、ｎｏであれば、Ｋ＋ΔＫを、仮定した変態塑性係数Ｋとして再度、変形予測部９ｂに与え、曲げ変形量Ｘを計算する。
【００９９】
その結果が許容誤差ｐを下回れば、次に時刻ｔ＝ｔ＋Δｔとして、変形が進行する供試片３について変態塑性係数Ｋを経時的に計算していく。なお、変態塑性係数Ｋの値は基本的に材料によって一つに定まるものであるが、計算によって複数求められる場合にはそれらの平均をとってもよい。
【０１００】
このように、変形予測部９ｂによって定められた変態塑性係数Ｋを用い、ひずみ算出部９ｃは時刻ｔ毎の変態塑性ひずみεｔｒを計算する。
【０１０１】
したがって、上記変態塑性ひずみ測定方法によれば、変態塑性ひずみεｔｒを正確に計算することができるため、材料の強度評価や変形の予測を行なうことが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【０１０２】
【図１】本発明に係る変態塑性ひずみ測定装置の第一の構成を示す正面断面図である。
【図２】変態塑性ひずみ測定装置の第二の構成であり、(ａ)は冷却前の状態を示す図１相当図、(ｂ)は冷却開始時の状態を示す図１相当図である。
【図３】本発明の変態塑性ひずみ測定装置によって測定された曲げ変形量のグラフである。
【図４】(ａ)は本発明の変態塑性ひずみ測定装置に使用される供試片形状を示す正面図、(ｂ)はその端面図である。
【図５】(ａ)は別の供試片形状を示す正面図、(ｂ)はその端面図である。
【図６】図４に示す供試片の表面熱伝達率を示したグラフである。
【図７】実施例の変態塑性ひずみ測定装置によって測定された曲げ変形量のグラフである。
【符号の説明】
【０１０３】
１ 加熱チャンバー
２ クロスヘッド
２ａ 流体圧シリンダ
３ 供試片
４ 真空ポンプ
５ タンク
６ バルブ
７ 誘導コイル
８ 熱電対
９ データ収集・解析装置
９ａ 熱伝導解析部
９ｂ 変形予測部
９ｃ 入力部
１０ 冷却槽
１１ａ 遮蔽蓋
１１ｂ 開閉扉
１２ レーザー変位計
１３ タンク
１４ バルブ
１５ 管路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
供試片を収納するとともに加熱、急冷するための容器と、
上記供試片の温度を測定する温度測定手段と、
急冷却中の上記供試片の変形量を測定する変形量測定手段と、
上記温度測定手段によって測定された供試片温度および上記変形量測定手段によって測定された変形量に基づいて変態塑性係数を定め、その変態塑性係数を用いて変態塑性ひずみを算出する変態塑性ひずみ算出手段と、を備えてなることを特徴とする変態塑性ひずみ測定装置。
【請求項２】
上記容器に、加熱手段を備えた加熱室と冷却剤を貯留した冷却室が備えられている請求項１記載の変態塑性ひずみ測定装置。
【請求項３】
上記加熱室と上記冷却室の間で上記供試片を移動させる供試片移動機構が備えられている請求項２記載の変態塑性ひずみ測定装置。
【請求項４】
上記容器の一部に覗窓を有し、上記変形量測定手段としてレーザー変位計が備えられている請求項１〜３のいずれか１項に記載の変態塑性ひずみ測定装置。
【請求項５】
上記供試片として、一方が自由端であり他方が固定された軸体を有し、この軸体が異形断面からなる請求項１〜４のいずれか１項に記載の変態塑性ひずみ測定装置。
【請求項６】
供試片を加熱後、急冷し、急冷却中の上記供試片の温度と変形量を測定し、測定された温度および変形量に基づいて変態塑性係数を定め、その変態塑性係数を用いて変態塑性ひずみを算出することを特徴とする変態塑性ひずみ測定方法。
【請求項７】
上記供試片の変形量εを下記(１)式によって定義し、
ε＝εｅ＋εｐ＋εｃ＋εＴ＋εｔｒ ……(１)
ただし、εｅ：弾性ひずみ、εｐ：塑性ひずみ、εｃ：クリープひずみ、
εＴ：熱ひずみ、εｔｒ：変態塑性ひずみ
各ひずみεｅ，εｐ，εｃ，εＴを一般的な構造解析により求め、
変態塑性ひずみεｔｒを下記(２)式によって定義し、
εｔｒ＝（２／３）Ｋ（１−ξ）ξσｎ ……(２)
ただし、ξ：体積分率、σ：相当応力、ｎ：定数、Ｋ：変態塑性係数
測定時に求められる変形量εからεｔｒを求め、ξ、σを既知数とし、変態塑性係数Ｋを未知数として求めることを特徴とする請求項６記載の変態塑性ひずみ測定方法。
【請求項８】
加熱した上記供試片を冷却剤中に浸漬させて急冷する請求項６または７記載の変態塑性ひずみ測定方法。
【請求項９】
一方が自由端であり他方が固定された異形断面からなる軸体を、上記供試体とする請求項６〜８のいずれか１項に記載の変態塑性ひずみ測定方法。
【請求項１】
供試片を収納するとともに加熱、急冷するための容器と、
上記供試片の温度を測定する温度測定手段と、
急冷却中の上記供試片の変形量を測定する変形量測定手段と、
上記温度測定手段によって測定された供試片温度および上記変形量測定手段によって測定された変形量に基づいて変態塑性係数を定め、その変態塑性係数を用いて変態塑性ひずみを算出する変態塑性ひずみ算出手段と、を備えてなることを特徴とする変態塑性ひずみ測定装置。
【請求項２】
上記容器に、加熱手段を備えた加熱室と冷却剤を貯留した冷却室が備えられている請求項１記載の変態塑性ひずみ測定装置。
【請求項３】
上記加熱室と上記冷却室の間で上記供試片を移動させる供試片移動機構が備えられている請求項２記載の変態塑性ひずみ測定装置。
【請求項４】
上記容器の一部に覗窓を有し、上記変形量測定手段としてレーザー変位計が備えられている請求項１〜３のいずれか１項に記載の変態塑性ひずみ測定装置。
【請求項５】
上記供試片として、一方が自由端であり他方が固定された軸体を有し、この軸体が異形断面からなる請求項１〜４のいずれか１項に記載の変態塑性ひずみ測定装置。
【請求項６】
供試片を加熱後、急冷し、急冷却中の上記供試片の温度と変形量を測定し、測定された温度および変形量に基づいて変態塑性係数を定め、その変態塑性係数を用いて変態塑性ひずみを算出することを特徴とする変態塑性ひずみ測定方法。
【請求項７】
上記供試片の変形量εを下記(１)式によって定義し、
ε＝εｅ＋εｐ＋εｃ＋εＴ＋εｔｒ ……(１)
ただし、εｅ：弾性ひずみ、εｐ：塑性ひずみ、εｃ：クリープひずみ、
εＴ：熱ひずみ、εｔｒ：変態塑性ひずみ
各ひずみεｅ，εｐ，εｃ，εＴを一般的な構造解析により求め、
変態塑性ひずみεｔｒを下記(２)式によって定義し、
εｔｒ＝（２／３）Ｋ（１−ξ）ξσｎ ……(２)
ただし、ξ：体積分率、σ：相当応力、ｎ：定数、Ｋ：変態塑性係数
測定時に求められる変形量εからεｔｒを求め、ξ、σを既知数とし、変態塑性係数Ｋを未知数として求めることを特徴とする請求項６記載の変態塑性ひずみ測定方法。
【請求項８】
加熱した上記供試片を冷却剤中に浸漬させて急冷する請求項６または７記載の変態塑性ひずみ測定方法。
【請求項９】
一方が自由端であり他方が固定された異形断面からなる軸体を、上記供試体とする請求項６〜８のいずれか１項に記載の変態塑性ひずみ測定方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００７−２７８８４２（Ｐ２００７−２７８８４２Ａ）
【公開日】平成１９年１０月２５日（２００７．１０．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１０５４８６（Ｐ２００６−１０５４８６）
【出願日】平成１８年４月６日（２００６．４．６）
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１０月２５日（２００７．１０．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年４月６日（２００６．４．６）
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【Ｆターム（参考）】
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