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クリープ試験

クリープ試験とは

クリープ試験は、応力緩和試験とも呼ばれ、一定温度下で連続的な引張荷重または圧縮荷重を受けた材料が時間経過とともに経験する変形量を測定するために使用されます。「クリープ」という用語は、一定温度下で一定の応力を受けた材料が一定期間にわたって生じる変形として定義されます。

クリープ試験は、荷重下で特定の動作温度に耐える必要がある材料にとって不可欠です。クリープ試験結果を分析することで、エンジニアは材料の変形を予測し、さまざまな環境条件下での破損を回避する製品を設計できます。

金属や合金などの材料では、高温または低温において特性が大きく変化する可能性があります。金属のクリープは通常、高温でのみ発生しますが、室温でのクリープ(コールドフローまたは荷重下での変形として知られる)は、プラスチックでより一般的です。

クリープ試験は、以下の部品および材料に対して一般的に実施されます。

  • 金属加工
  • ばね
  • はんだ接合
  • 高温材料

クリープ試験曲線の説明

クリープ試験で得られたデータは、通常、応力と温度を一定に保った状態でのクリープ対時間のプロットとして表示されます。曲線の傾きはクリープ速度であり、曲線の終点は破断時間です。

以下の図に示すように、材料のクリープは3つの段階に分けることができます。

  • 一次クリープは急速な速度で始まり、時間とともに減速します。
  • 二次クリープは比較的均一な速度を示します。
  • 三次クリープは加速するクリープ速度を示し、破断時間における材料の破損で終了します。

破損が発生した場合、破断時間が記録されます。試験片がクリープ試験期間内に破断しない場合、クリープ回復を測定することができます。

クリープ試験のプロット例 | Instron

クリープ試験の実施方法

クリープ特性を測定するために、材料は一定の高温下で長時間の一定引張荷重または圧縮荷重を受けます。これらの試験は通常、長時間にわたって制御された荷重を加えるように設計された万能試験機または動的試験機で実施されます。

試験中、材料の変形は特定の時間間隔で記録され、全体のデータはクリープ対時間の図にプロットされます。この曲線上の任意の点における傾きはクリープ速度として知られ、単位はin/in/hrまたはパーセント(%)伸び/hrで表されます。

材料の熱膨張または収縮の可能性があるため、クリープ試験中に一定温度を維持することは重要です。

クリープ試験を要求する規格の例としては、ASTM E139、ASTM D2290、ASTM D2291、およびASTM D2294があります。試験手順の詳細については、これらの規格を参照してください。

応力緩和の測定方法

材料の応力緩和を測定するために、試験片を所定量変形させ、一定の高温下での長時間の曝露中に応力の減少を記録します。

応力緩和速度は、曲線上の任意の点における傾きです。

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