專利名稱：腐蝕疲勞損傷的評(píng)價(jià)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及對(duì)于在腐蝕環(huán)境下受到反復(fù)負(fù)荷所使用的部件，使用試驗(yàn)片簡(jiǎn)單地重現(xiàn)發(fā)生在其上的腐蝕疲勞損傷進(jìn)行評(píng)價(jià)的方法。還特別涉及對(duì)于評(píng)價(jià)發(fā)生于金屬模具的內(nèi)冷孔的腐蝕疲勞損傷最合適的該評(píng)價(jià)方法。
背景技術(shù)：
一直以來(lái)，在以普通鋼材為對(duì)象的抗應(yīng)力腐蝕斷裂性的評(píng)價(jià)中使用以下方法將試驗(yàn)片浸漬于腐蝕槽中施以一定的拉伸負(fù)荷，在至其斷裂的時(shí)間內(nèi)對(duì)該特性進(jìn)行比較評(píng)價(jià)的定負(fù)荷應(yīng)力腐蝕斷裂試驗(yàn)方法(非專利文獻(xiàn)1)；在預(yù)先導(dǎo)入有龜裂的試驗(yàn)片上通過(guò)螺栓或楔子等施以使龜裂面開(kāi)口的負(fù)荷(Wedge Opening Loading ;W0L)，求得該龜裂的發(fā)展速度或龜裂不再發(fā)展的應(yīng)力擴(kuò)大系數(shù)的下限值(下臨界應(yīng)力擴(kuò)大系數(shù))進(jìn)行比較的應(yīng)力腐蝕斷裂標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)法(非專利文獻(xiàn)2)等。這些試驗(yàn)方法主要以在海洋構(gòu)造物或更需要耐腐蝕性的構(gòu)造物等中使用的普通鋼材為對(duì)象，成為一定負(fù)荷狀態(tài)下的試驗(yàn)。另一方面，本發(fā)明需要評(píng)價(jià)的損傷是假定發(fā)生于在腐蝕環(huán)境下受到反復(fù)負(fù)荷而使用的部件等(以下也記載為疲勞構(gòu)件)的腐蝕疲勞損傷。即，當(dāng)為壓鑄件等金屬模具的領(lǐng)域時(shí)，是在發(fā)生于其內(nèi)冷孔的斷裂(裂紋)部分上、在該部分暴露于工業(yè)用水等冷卻介質(zhì)的狀態(tài)下、在使用金屬模具的每個(gè)循環(huán)中熱應(yīng)力或合模力、鑄造壓力等應(yīng)力反復(fù)作用所產(chǎn)生的損傷的形態(tài)的在所謂腐蝕疲勞的狀況下產(chǎn)生的形態(tài)。因而，本發(fā)明進(jìn)行評(píng)價(jià)的損傷形態(tài)在反復(fù)應(yīng)力嚴(yán)重作用的“疲勞”這一方面，利用上述非專利文獻(xiàn)的試驗(yàn)方法是無(wú)法重現(xiàn)正確的狀態(tài)的。因而，作為對(duì)在金屬模具的水冷孔部發(fā)生的損傷進(jìn)行評(píng)價(jià)的方法，提出了通過(guò)從外部對(duì)在內(nèi)冷孔中通水的試驗(yàn)片重復(fù)進(jìn)行加熱·冷卻，更為正確地重現(xiàn)使用中的金屬模具的實(shí)際狀況的試驗(yàn)方法(專利文獻(xiàn)1)。該方法通過(guò)反復(fù)產(chǎn)生熱應(yīng)力，在能夠在內(nèi)冷孔中重現(xiàn)疲勞的方面是優(yōu)異的。以往技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)1日本特開(kāi)2007-298467號(hào)公報(bào)非專利文獻(xiàn)1JIS手冊(cè)(鐵鋼I)〒> > ^鋼O応力腐食割扎試験方法(JIS G0576)(不銹鋼的應(yīng)力腐蝕斷裂試驗(yàn)方法(JIS G0576)) ”、2008年、ρ· 880 88非專利文獻(xiàn)2“応力腐食割Λ標(biāo)準(zhǔn)試験法一日本學(xué)術(shù)振興會(huì)第1 委員會(huì)基準(zhǔn)一(應(yīng)力腐蝕斷裂標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)法一日本學(xué)術(shù)振興會(huì)第1 委員會(huì)基準(zhǔn)一)”、1985年7月25 日發(fā)行

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明預(yù)解決的技術(shù)問(wèn)題專利文獻(xiàn)1所公開(kāi)的試驗(yàn)方法在能夠重現(xiàn)發(fā)生于疲勞構(gòu)件的疲勞現(xiàn)象的方面有利。但是，對(duì)于暴露于腐蝕環(huán)境下的部位(即內(nèi)冷孔)而言，發(fā)生于該部位的應(yīng)力僅由該內(nèi)冷孔表面與加熱表面間的溫度分布所導(dǎo)致的熱應(yīng)力承擔(dān)，因而能夠發(fā)生的應(yīng)力的范圍有限。另外，由于加熱 冷卻的循環(huán)需要時(shí)間，因而加速試驗(yàn)困難。即，為金屬模具時(shí)，在其實(shí)際使用時(shí)的由內(nèi)冷孔發(fā)生斷裂的循環(huán)數(shù)為IO3 IO5左右時(shí)，利用專利文獻(xiàn)1的方法具有無(wú)法在短期間內(nèi)實(shí)施該重現(xiàn)試驗(yàn)的課題。而且，當(dāng)實(shí)施專利文獻(xiàn)1時(shí)，除了上述的試驗(yàn)片之外，還必須準(zhǔn)備設(shè)置試驗(yàn)片的特別式樣的試驗(yàn)機(jī)。以上成為進(jìn)行伴隨疲勞的抗應(yīng)力腐蝕斷裂性的迅速且簡(jiǎn)單評(píng)價(jià)時(shí)的課題，對(duì)于早期解決涉及該特性的部件的材質(zhì)問(wèn)題而言，成為很大的障礙。本發(fā)明的目的鑒于上述課題在于提供通過(guò)解決可發(fā)生的應(yīng)力的范圍(實(shí)際使用條件的重現(xiàn)性)、試驗(yàn)時(shí)間和試驗(yàn)裝置的問(wèn)題，可使用試驗(yàn)片簡(jiǎn)單地重現(xiàn)產(chǎn)生于實(shí)際金屬模具等疲勞構(gòu)件的腐蝕疲勞損傷的腐蝕疲勞損傷的評(píng)價(jià)方法。用于解決課題的方法本發(fā)明人對(duì)于產(chǎn)生于實(shí)際使用中的疲勞構(gòu)件的反復(fù)應(yīng)力進(jìn)行了深入研究，發(fā)現(xiàn)這些應(yīng)力狀況綜合來(lái)說(shuō)均通過(guò)在試驗(yàn)片的表面施以“機(jī)械的”負(fù)荷可以重現(xiàn)。而且，根據(jù)此發(fā)現(xiàn)進(jìn)行了進(jìn)一步的研究，從而完成本發(fā)明。S卩，本發(fā)明為腐蝕疲勞損傷的評(píng)價(jià)方法，其特征在于，在向形成于內(nèi)部的空間導(dǎo)入有腐蝕介質(zhì)的試驗(yàn)片的表面上施以反復(fù)負(fù)荷，觀察施以該負(fù)荷后的試驗(yàn)片的內(nèi)部空間的表面和/或截面。優(yōu)選將上述方法適用于金屬模具領(lǐng)域的腐蝕疲勞損傷的評(píng)價(jià)中。即，腐蝕疲勞損傷的評(píng)價(jià)方法，其特征在于，準(zhǔn)備在由金屬模具的材質(zhì)構(gòu)成的原材料片上形成模擬該金屬模具的內(nèi)冷孔的空間、在該空間內(nèi)導(dǎo)入有模擬該金屬模具的冷卻介質(zhì)的腐蝕介質(zhì)的試驗(yàn)片，在該試驗(yàn)片的表面上施以反復(fù)負(fù)荷，觀察施以該負(fù)荷后的試驗(yàn)片的空間的表面和/或截面。發(fā)明的效果通過(guò)本發(fā)明，在腐蝕疲勞損傷的評(píng)價(jià)試驗(yàn)中，可以達(dá)成該試驗(yàn)片上的發(fā)生應(yīng)力范圍的大范圍化、即可提高實(shí)際使用條件的重現(xiàn)性。另外，還可大大地達(dá)成試驗(yàn)時(shí)間的短縮和解除試驗(yàn)裝置的制約。因此，成為為了使用試驗(yàn)片簡(jiǎn)單地重現(xiàn)發(fā)生于疲勞構(gòu)件、優(yōu)選金屬模具的內(nèi)冷孔的腐蝕疲勞損傷所不可欠缺的技術(shù)。


圖1表示本發(fā)明所用試驗(yàn)片之一例的模式圖。圖2表示本發(fā)明所用試驗(yàn)方法之一例的模式圖。圖3為表示發(fā)生于試驗(yàn)片空間表面的應(yīng)力腐蝕斷裂的放大照片，說(shuō)明本發(fā)明所涉及的觀察之一例。圖4為表示圖3的應(yīng)力腐蝕斷裂的截面的掃描型電子顯微鏡照片，說(shuō)明本發(fā)明所涉及的觀察之一例。符號(hào)說(shuō)明1.試驗(yàn)片、2.原材料片、3.空間、4.密栓、5.腐蝕介質(zhì)具體實(shí)施方式
如上所述，本發(fā)明的重要特征在于即便以該試驗(yàn)片的水平，通過(guò)在表面上機(jī)械地施以負(fù)荷也可重現(xiàn)發(fā)生于實(shí)際的疲勞構(gòu)件的應(yīng)力。而且，其還具有以下特征該負(fù)荷對(duì)于本發(fā)明而言必須是“反復(fù)負(fù)荷”，其可通過(guò)能夠施加任意反復(fù)負(fù)荷的現(xiàn)有試驗(yàn)機(jī)即可施加，因而利用其達(dá)成評(píng)價(jià)方法的迅速化、簡(jiǎn)化。以下，對(duì)于本發(fā)明的評(píng)價(jià)方法，每個(gè)構(gòu)成要件地進(jìn)行說(shuō)明。(1)制造在形成于內(nèi)部的空間內(nèi)導(dǎo)入有腐蝕介質(zhì)的試驗(yàn)片。本發(fā)明所需要的腐蝕環(huán)境并非是以往的“將試驗(yàn)片設(shè)置于腐蝕環(huán)境中而形成 (即、在試驗(yàn)片的表面?zhèn)刃纬筛g環(huán)境)”，而且“在形成于試驗(yàn)片中的空間內(nèi)導(dǎo)入腐蝕介質(zhì)而形成(即、在試驗(yàn)片的內(nèi)部形成腐蝕環(huán)境)”。因此利用現(xiàn)有的簡(jiǎn)單的疲勞試驗(yàn)機(jī)，可以由試驗(yàn)片的表面施以反復(fù)負(fù)荷。(2)在試驗(yàn)片的表面施以反復(fù)負(fù)荷。本發(fā)明中，對(duì)于實(shí)際的疲勞構(gòu)件而言，即便是在其上發(fā)生熱應(yīng)力時(shí)，由于該應(yīng)力可以通過(guò)施加機(jī)械負(fù)荷而重現(xiàn)，因而并非必須向試驗(yàn)片導(dǎo)入熱應(yīng)力。因此，疲勞試驗(yàn)機(jī)中也不需要用于產(chǎn)生熱應(yīng)力的加熱機(jī)構(gòu)或與此相伴的冷卻機(jī)構(gòu)等特別的設(shè)備。因此，由于可通過(guò)現(xiàn)有的疲勞試驗(yàn)機(jī)擴(kuò)大可發(fā)生的應(yīng)力的控制范圍、縮短反復(fù)負(fù)荷的循環(huán)時(shí)間，因而進(jìn)行迅速且簡(jiǎn)單的評(píng)價(jià)。(3)對(duì)施以上述負(fù)荷后的試驗(yàn)片的內(nèi)部空間的表面和/或截面進(jìn)行觀察的腐蝕疲勞損傷的評(píng)價(jià)方法。本發(fā)明的腐蝕疲勞損傷的評(píng)價(jià)是指除了通常的評(píng)價(jià)項(xiàng)目之外，采用通過(guò)與腐蝕環(huán)境對(duì)比來(lái)進(jìn)行試驗(yàn)片的龜裂的有無(wú)或發(fā)展?fàn)顩r、破壞的有無(wú)、此時(shí)的負(fù)荷大小或負(fù)荷次數(shù)等與應(yīng)力腐蝕斷裂的評(píng)價(jià)有關(guān)的數(shù)據(jù)的1種以上。而且，為了該評(píng)價(jià)，有必要進(jìn)行試驗(yàn)片的內(nèi)部空間的表面和/或截面(例如包括龜裂發(fā)生面或斷面)的觀察。而且，上述本發(fā)明的評(píng)價(jià)方法通過(guò)將其用于發(fā)生于金屬模具的內(nèi)冷孔的腐蝕疲勞損傷的評(píng)價(jià)，發(fā)揮巨大的效果。即，其為使用試驗(yàn)片對(duì)發(fā)生于金屬模具的內(nèi)冷孔的腐蝕疲勞損傷進(jìn)行評(píng)價(jià)的方法，對(duì)于該金屬模具的材質(zhì)、形成于該金屬模具內(nèi)部的內(nèi)冷孔、導(dǎo)入至該內(nèi)冷孔的冷卻介質(zhì)以及產(chǎn)生于使用中的該金屬模具內(nèi)部的反復(fù)應(yīng)力而言，如下述構(gòu)成要件所述。(4)準(zhǔn)備在由金屬模具的材質(zhì)構(gòu)成的原材料片上形成模擬該金屬模具的內(nèi)冷孔的空間、在該空間內(nèi)導(dǎo)入有模擬該金屬模具的冷卻介質(zhì)的腐蝕介質(zhì)的試驗(yàn)片。S卩，制作伴隨其腐蝕環(huán)境模擬內(nèi)部具有內(nèi)冷孔的實(shí)際金屬模具的試驗(yàn)片的工序。 因此，試驗(yàn)片的材質(zhì)模仿其實(shí)際的金屬模具，并非限定于JIS所規(guī)定的各種工具鋼或其改良鋼，即便是其他的材質(zhì)也當(dāng)然可以使用。而且，對(duì)于腐蝕介質(zhì)而言，只要模仿用于該實(shí)際的金屬模具的冷卻介質(zhì)的樣態(tài)即可，試驗(yàn)條件具有操作的必要性時(shí)，也可改變種類或濃度等的詳細(xì)情況。而且，腐蝕介質(zhì)可為水蒸氣、煙霧或氣體等，并非限定于液體。(5)在該試驗(yàn)片的表面施以反復(fù)負(fù)荷，觀察施以該負(fù)荷后的試驗(yàn)片的空間的表面和/或截面。對(duì)于在試驗(yàn)片的表面施以負(fù)荷的本發(fā)明而言，該負(fù)荷優(yōu)選為相當(dāng)于發(fā)生在使用中的金屬模具內(nèi)部的反復(fù)應(yīng)力的負(fù)荷。相當(dāng)?shù)呢?fù)荷是指發(fā)生于該實(shí)際使用中的金屬模具內(nèi)部 (即包含內(nèi)冷孔的部位)的應(yīng)力也可發(fā)生在對(duì)其進(jìn)行模擬的試驗(yàn)片的空間內(nèi)的表面負(fù)荷。而且，該表面負(fù)荷的設(shè)定值除了可以直接重現(xiàn)發(fā)生于實(shí)際的金屬模具內(nèi)部的應(yīng)力值之外， 當(dāng)然還可以是用于進(jìn)行加速試驗(yàn)等的操作值。而且，即便是為假設(shè)金屬模具時(shí)，本發(fā)明的評(píng)價(jià)方法也可不在試驗(yàn)片上產(chǎn)生熱。此時(shí)，在導(dǎo)入至試驗(yàn)片的腐蝕介質(zhì)中不需要在實(shí)際金屬模具中必需的“冷卻作用本身”。因而， 可以省略實(shí)際的金屬模具、專利文獻(xiàn)1的評(píng)價(jià)方法中所必需的冷卻介質(zhì)(或腐蝕介質(zhì))的循環(huán)，還可將腐蝕介質(zhì)密封在試驗(yàn)片內(nèi)。這可以使試驗(yàn)片和試驗(yàn)裝置的構(gòu)造更加簡(jiǎn)單，因而還可利用現(xiàn)有的疲勞試驗(yàn)機(jī)。實(shí)施例圖1為表示供于本發(fā)明評(píng)價(jià)方法的試驗(yàn)片之一例的模式圖。其用于對(duì)可發(fā)生于實(shí)際的壓鑄件金屬模具的內(nèi)冷孔內(nèi)的腐蝕疲勞損傷進(jìn)行重現(xiàn)和評(píng)價(jià)。試驗(yàn)片1為利用兩端的密栓4將下述腐蝕介質(zhì)5密封在原材料片2的空間3內(nèi)部而成。原材料片2的大小為外形 15mm見(jiàn)方X 60mmL、在L方向上在15mm見(jiàn)方的中心形成有直徑約IOmm的貫通孔。另外，原材料片2的材質(zhì)與本實(shí)施例假設(shè)的實(shí)際壓鑄件金屬模具同樣，為在1030°C下對(duì)SKD61進(jìn)行淬火處理，實(shí)施回火調(diào)質(zhì)為45HRC。原材料片2的空間3相當(dāng)于實(shí)際的壓鑄件金屬模具的內(nèi)冷孔，作為模擬冷卻介質(zhì)的腐蝕介質(zhì)5，密封3. 5% NaCl水溶液。然后，根據(jù)圖2的模式圖，使用未圖示的油壓伺服試驗(yàn)機(jī)，在2Hz的循環(huán)速度下對(duì)試驗(yàn)片1的相對(duì)的2個(gè)表面施以負(fù)荷。此時(shí)，龜裂發(fā)生的有無(wú)通過(guò)在負(fù)荷試驗(yàn)的途中定期地將試驗(yàn)片1從試驗(yàn)裝置上取下，利用顯微鏡觀察該空間3的表面進(jìn)行確認(rèn)。圖3為在空間3的表面作用約SOOMpa的拉伸應(yīng)力(最大主應(yīng)力)的負(fù)荷試驗(yàn)中， 由其表面觀察發(fā)生于其經(jīng)過(guò)約6萬(wàn)次循環(huán)(總試驗(yàn)時(shí)間8小時(shí)左右)后的空間表面的龜裂的放大照片。這里，發(fā)生于空間表面的應(yīng)力通過(guò)利用了計(jì)算機(jī)的有限要素法的應(yīng)力解析求得。而且，將該龜裂斷面分割進(jìn)行觀察的結(jié)果為圖4所示的掃描型電子顯微鏡照片。由圖 4可知，龜裂斷面呈現(xiàn)伴隨腐蝕的粒子邊界破壞的形態(tài)，其為與在實(shí)際的金屬模具中發(fā)生的內(nèi)冷孔斷裂(應(yīng)力腐蝕斷裂)斷面相同的疲勞損傷形態(tài)。產(chǎn)業(yè)上利用的可能性本發(fā)明的評(píng)價(jià)方法并非限定于上述實(shí)施例，可以任意地改變?cè)囼?yàn)片的材質(zhì)或尺寸，腐蝕介質(zhì)也可任意地選擇自來(lái)水、地下水、工業(yè)用水等。而且，該腐蝕介質(zhì)只要是如實(shí)施例那樣可以密封，則通過(guò)將圖1的密栓4改變?yōu)橐?guī)定的接頭(連接器)，在其上連接通水裝置，則可以一邊使其一直流水或者間隔地交替流水·停止，一邊作為冷卻水使其循環(huán)。另外，發(fā)生于試驗(yàn)片的龜裂的評(píng)價(jià)除了通過(guò)目視或者顯微鏡等對(duì)其內(nèi)部空間的表面和/或截面進(jìn)行觀察、測(cè)定龜裂的有無(wú)或者大小等之外，還可利用超聲波探傷、透射X射線、磁力探傷等檢測(cè)龜裂，也可并用這些的1個(gè)方法以上。而且，在試驗(yàn)后還可將發(fā)生的龜裂部位破壞，直接測(cè)定其大小。
權(quán)利要求
1.一種腐蝕疲勞損傷的評(píng)價(jià)方法，其中，在形成于內(nèi)部的空間中導(dǎo)入有腐蝕介質(zhì)的試驗(yàn)片的表面施加反復(fù)負(fù)荷，觀察施加該負(fù)荷后的試驗(yàn)片的內(nèi)部空間的表面及/或截面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的腐蝕疲勞損傷的評(píng)價(jià)方法，其中，準(zhǔn)備試驗(yàn)片，在所述試驗(yàn)片的表面施加反復(fù)負(fù)荷，觀察施加該負(fù)荷后的試驗(yàn)片的空間的表面及/或截面，所述試驗(yàn)片是，在由模具的材質(zhì)形成的原材片中形成模擬所述模具的內(nèi)冷孔的空間、 并在所述空間中導(dǎo)入有模擬所述模具的冷卻介質(zhì)的腐蝕介質(zhì)的試驗(yàn)片。
全文摘要
本發(fā)明提供使用試驗(yàn)片簡(jiǎn)單地重現(xiàn)發(fā)生于金屬模具的內(nèi)冷孔等各種構(gòu)件的腐蝕疲勞損傷的腐蝕疲勞損傷的評(píng)價(jià)方法。其為在形成于內(nèi)部的空間中導(dǎo)入有腐蝕介質(zhì)的試驗(yàn)片的表面上施以反復(fù)負(fù)荷，觀察施以該負(fù)荷后的試驗(yàn)片的內(nèi)部空間的表面和/或截面的腐蝕疲勞損傷的評(píng)價(jià)方法。優(yōu)選為準(zhǔn)備在由金屬模具的材質(zhì)構(gòu)成的原材料片上形成模擬該金屬模具的內(nèi)冷孔的空間、在該空間內(nèi)導(dǎo)入有模擬該金屬模具的冷卻介質(zhì)的腐蝕介質(zhì)的試驗(yàn)片，在該試驗(yàn)片的表面施以反復(fù)負(fù)荷，觀察施以該負(fù)荷后的試驗(yàn)片的空間的表面和/或截面的腐蝕疲勞損傷的評(píng)價(jià)方法。
文檔編號(hào)G01N3/32GK102197297SQ20098014272
公開(kāi)日2011年9月21日 申請(qǐng)日期2009年10月16日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月30日
發(fā)明者片岡公太 申請(qǐng)人:日立金屬株式會(huì)社