評価試験方法およびその装置
【課題】水冷孔の内部で発生する損傷等の評価を、試験体を用いて簡易かつ短時間で行なう。
【解決手段】評価試験装置１０は、試験体１２に冷却水を供給する冷却水供給装置１４と、試験体１２を加熱する加熱装置１６とを備える。試験体１２には水冷孔が形成されると共に、水冷孔の内部にノッチが形成される。試験体１２の水冷孔に、冷却水供給装置１４で温度制御された冷却水を常時流通して水冷状態としたもとで、加熱装置１６で試験体１２を加熱して上限温度まで昇温する加熱工程を行なう。次に、試験体１２が水冷により温度低下するのを許容する熱量での加熱装置１６による加熱を所定の保持時間だけ継続する保持工程を行なった後、加熱装置１６による加熱を停止して下限温度まで冷却する冷却工程を行なう。加熱工程−保持工程−冷却工程を所定回数繰り返した後、試験体１２の損傷を確認する。
【解決手段】評価試験装置１０は、試験体１２に冷却水を供給する冷却水供給装置１４と、試験体１２を加熱する加熱装置１６とを備える。試験体１２には水冷孔が形成されると共に、水冷孔の内部にノッチが形成される。試験体１２の水冷孔に、冷却水供給装置１４で温度制御された冷却水を常時流通して水冷状態としたもとで、加熱装置１６で試験体１２を加熱して上限温度まで昇温する加熱工程を行なう。次に、試験体１２が水冷により温度低下するのを許容する熱量での加熱装置１６による加熱を所定の保持時間だけ継続する保持工程を行なった後、加熱装置１６による加熱を停止して下限温度まで冷却する冷却工程を行なう。加熱工程−保持工程−冷却工程を所定回数繰り返した後、試験体１２の損傷を確認する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金型の内部に形成された水冷孔の内部で発生する割れ等の損傷評価を、試験体を用いて実際の操業状態を擬似的に再現して行なう評価試験方法と、これに用いられる評価試験装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自動車部品等を鋳造する金型として、良好な寸法精度、高生産性、ニアネットシェイプによる後加工の削減等の点で優れているダイカスト金型が好適に用いられている。このダイカスト金型では、溶湯の凝固プロセスを効率的に行なうために、金型内部に水冷孔を形成して金型内部を水冷する構造が採用される。
【０００３】
この場合に、溶湯を鋳造する一方で金型内部を水冷することにより、金型表面から内部にかけて急激な温度勾配が発生し、水冷孔には使用中に過大な熱応力が発生し、水冷孔の表層部で割れが発生して操業の安定化の阻害要因となっている。そこで、水冷孔の表層部に焼鈍等の軟化熱処理を施して硬度を下げることで、割れの発生を抑制する提案がなされている(例えば特許文献１参照)。
【特許文献１】特開平６−２８５６０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前記水冷孔の内部で発生する割れ等の損傷の原因としては、金型外部表面の加熱−冷却による熱疲労の他に、冷却水による腐食、材料そのものの機能(強度、靭性、疲労強度等)等が考えられ、前述した軟化熱処理が、どの原因に有効かは明らかでない。しかも、軟化熱処理を施した金型を実際に使用してみなければ、水冷孔の内部における損傷の発生の有無を検証することはできなかった。しかるに、金型は高価であるため、金型の損傷評価を事前に行なうことが希求されているが、簡易かつ短時間で行ない得る評価試験方法や試験装置は存在していないのが実状である。
【０００５】
すなわち本発明は、前述した従来の技術に内在している前記課題に鑑み、これを好適に解決するべく提案されたものであって、水冷孔の内部で発生する損傷等の評価を、試験体を用いて簡易かつ短時間で行ない得る評価試験方法およびその装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前述した課題を解決し、所期の目的を達成するため、請求項１の発明に係る評価試験方法は、
水冷孔が形成されると共に、該水冷孔の内部に応力集中部を形成した試験体を用い、前記水冷孔に温度制御された冷却水を常時流通して試験体を水冷状態としたもとで、
前記試験体を外部から加熱装置により上限温度まで加熱する加熱工程と、該加熱装置による加熱を停止して下限温度まで冷却する冷却工程とを繰り返すことを特徴とする。
【０００７】
請求項１に係る発明によれば、水冷孔の内部に応力集中部を形成した試験体を用いることで、短時間で割れ等の損傷を発生させる状況を再現することができ、短時間で損傷評価を行ない得る。
【０００８】
請求項２の発明は、前記加熱工程と冷却工程との間に、前記試験体が水冷により温度低下するのを許容する熱量での加熱装置による加熱を所定の保持時間だけ継続する保持工程を行なうようにした。
請求項２に係る発明によれば、加熱工程と冷却工程との間に保持工程を行なうことで、金型を用いた実際の鋳造に際して実施される型開き時の状況を再現でき、評価精度が向上する。
【０００９】
また前述した課題を解決し、所期の目的を達成するため、請求項３の発明に係る評価試験装置は、
水冷孔が形成されると共に、該水冷孔の内部に応力集中部を形成した試験体と、
前記試験体の水冷孔に、温度制御した冷却水を流通させる冷却水供給装置と、
前記試験体を外部から加熱可能な加熱装置とから構成したことを特徴とする。
請求項３に係る発明によれば、水冷孔の内部に応力集中部を形成した試験体を用いることで、短時間で割れ等の損傷を発生させる状況を再現することができ、短時間で損傷評価を行ない得る。また評価試験装置は、試験体に冷却水を供給する冷却水供給装置と加熱装置とから基本的に構成されるから、構成は極めて簡単であり、設備コストを低廉に抑えることができる。
【００１０】
請求項４の発明は、前記応力集中部を、周方向に延在するよう形成されたノッチとした。
請求項４に係る発明によれば、応力集中部としてのノッチの形成は容易であるから、試験体の製造が簡単となる。
【００１１】
請求項５の発明は、前記加熱装置は、試験体を囲繞するよう非接触で配置した誘導加熱コイルに高周波電流を通電することで、試験体を誘導加熱するよう構成される。
請求項５に係る発明によれば、試験体の加熱を誘導加熱方式としたから、短時間で高温に効率的に加熱することができ、かつ温度制御が容易である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る評価試験方法およびその装置によれば、水冷孔の内部で発生する割れ等の損傷評価を簡易かつ短時間で行なうことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
次に、本発明に係る評価試験方法およびその装置につき、好適な実施例を挙げて、添付図面を参照しながら以下説明する。
【実施例】
【００１４】
図１は、実施例に係る評価試験装置の概略構成を示すものであって、該試験装置１０は、試験体１２に冷却水を循環供給する冷却水供給装置１４と、試験体１２を外部から加熱する加熱装置１６とから基本的に構成される。前記試験体１２は、図２に示す如く、軸方向に貫通する所要内径の水冷孔１２ａが形成されると共に、該水冷孔１２ａの内部(表層部)に、周方向に延在するノッチ１８が形成されたものであって、該ノッチ１８が応力集中部として機能するよう構成される。実施例のノッチ１８は、水冷孔１２ａにおける軸方向の略中央に形成されて、径方向内側に開放する断面Ｖ字状を呈している。また試験体１２には、その軸方向の両端部に、水冷孔１２ａに連通する通孔２０ａ,２２ａが形成された連結部２０,２２が夫々形成され、この連結部２０,２２に、後述する冷却水供給用の連結管３４,３８が水密状態で着脱自在に連結されるようになっている。なお、試験体１２の材質は、評価する実際の金型と同材質で、同等の熱処理等が施され、また水冷孔１２ａの試験体外表面からの位置は、金型の形状に応じて設計される実際の水冷孔の形成位置に対応するよう設定される。
【００１５】
前記冷却水供給装置１４は、図１に示す如く、工業用水等の冷却水を所定量貯留可能な冷却水タンク２４と、該タンク２４に貯留されている冷却水を前記試験体１２に供給するポンプ２６と、冷却水タンク２４に貯留されている冷却水を冷却する冷却装置２８とから基本的に構成される。すなわち、冷却水タンク２４から導出する導出管３０が、ポンプ２６の吸込口に接続されると共に、ポンプ２６の吐出口から導出する供給管３２が、前記試験体１２における入口側の連結部２０に連結される入口側連結管３４に連通状態で接続され、該ポンプ２６の運転により冷却水を試験体１２の水冷孔１２ａに供給するよう構成してある。なお、実施例では、供給管３２と入口側連結管３４とは、後述する昇降装置５８による試験体１２の上下動を許容するために、可撓性を有する供給用ホース３６を介して連通接続されている。
【００１６】
また、前記試験体１２における出口側の連結部２２に連結される出口側連結管３８に、可撓性を有する戻し用ホース４０が連通接続され、該ホース４０が冷却水タンク２４に連通するよう構成され、試験体１２の水冷孔１２ａを流通した冷却水を、出口側連結管３８および戻し用ホース４０を介して冷却水タンク２４に回収するようになっている。なお、戻し用ホース４０は、前記供給用ホース３６と同様に、試験体１２の上下動を許容するべく機能する。前記供給管３２には、流量制御用のバルブ４２および流量計４４が配設され、バルブ４２を開閉調節することで、冷却水の流量を可変し得ると共に流量計４４で確認し得るよう構成してある。また入口側連結管３４および出口側連結管３８は、試験体１２の対応する連結部２０,２２に対して着脱自在に連結されるよう構成され、試験体１２のみの交換が可能とされている。
【００１７】
前記冷却装置２８は、内部で冷却した冷却液が循環するチラー管２８ａを、前記冷却水タンク２４の内部において冷却水に浸漬する状態で収納配置し(図３参照)、該チラー管２８ａ内を循環する冷却液と冷却水とを熱交換させることで、冷却水を冷却するよう構成される。なお、冷却装置２８は、制御装置４６に接続する冷却用温調器４８を備え(図４参照)、該冷却用温調器４８を制御することで、冷却液の温度を一定に保持し得ると共に、必要に応じて可変し得るよう構成される。
【００１８】
なお、実施例の冷却水供給装置１４は、図３に示す如く、冷却水タンク２４の内部にヒータ５０が配設され、寒冷地等、冷却水として使用される工業用水等の温度自体が低温の場合に、必要に応じて適切な温度に昇温し得るよう構成してある。またヒータ５０には、前記制御装置４６に接続する昇温用温調器５２が接続され、該昇温用温調器５２を制御することで、冷却水の温度を一定に保持し得ると共に、必要に応じて可変し得るよう構成される。更に、冷却水タンク２４には、制御装置４６に接続されて冷却水の温度を検出する第１温度検出器５４が配設され、該第１温度検出器５４での検出温度に基づいて、制御装置４６が冷却装置２８およびヒータ５０の両方を制御、あるいは冷却装置２８のみを制御することで、温度制御された冷却水を前記試験体１２の水冷孔１２ａに供給し得るようになっている。但し、ヒータ５０は必要に応じて設ければよく、省略可能である。図３において符号５６は、第１温度検出器５４での検出温度を表示する温度表示器を示す。
【００１９】
前記試験体１２は、昇降装置５８に保持されて上下動可能に構成される。この昇降装置５８は、シリンダあるいはモータとラック−ピニオンやネジ軸等の組合わせからなる昇降手段(図示せず)により上下動する支持部材６０を備え、該支持部材６０を構成する上下に離間する一対の保持アーム６０ａ,６０ｂに、対応する前記連結管３４,３８が保持されている。すなわち、一方の保持アーム６０ａに入口側連結管３４が保持され、他方の保持アーム６０ｂに出口側連結管３８が保持される。そして、昇降手段により支持部材６０を上下動することで、試験体１２が一体的に上下動し、後述する誘導加熱コイル６８の内部に位置する加熱位置と、該加熱コイル６８から離間する非加熱位置との間を上下動するよう構成される。
【００２０】
前記昇降装置５８には、試験体１２を加熱位置に臨ませる支持部材６０の位置を検出する上限位置センサ６２と、試験体１２を非加熱位置に臨ませる支持部材６０の位置を検出する下限位置センサ６４とが配設され、両位置センサ６２,６４は制御装置４６に接続されている。そして、両位置センサ６２,６４からの検出信号によって制御装置４６が昇降手段を運転制御して、試験体１２を加熱位置と非加熱位置に位置決めするよう設定される。また昇降装置５８には、制御装置４６に接続されて支持部材６０の上下動の回数をカウントするカウンタ６６が配設され、制御装置４６は、カウンタ６６が予め設定された設定値をカウントしたときに、評価試験装置１０の運転を停止するよう設定されている。なお昇降装置５８は、手動スイッチ等により昇降手段を作動して支持部材６０を上下動し得るよう構成してある。
【００２１】
前記加熱装置１６は、前記加熱位置に臨む試験体１２を囲繞するよう非接触で配置される誘導加熱コイル６８と、該コイル６８に高周波電流を通電する加熱駆動装置７０とを備え、誘導加熱コイル６８に高周波電流を通電することで、試験体１２を誘導加熱するよう構成される。この加熱駆動装置７０は前記制御装置４６に接続され、予め設定されたヒートパターン(図５参照)で試験体１２を加熱するように、制御装置４６により制御される。また試験体１２の評価試験に際しては、該試験体１２の表面に第２温度検出器７２が取付けられ、該第２温度検出器７２での検出温度が制御装置４６に入力されて、該検出温度に基づいて制御装置４６が加熱駆動装置７０を運転制御するよう構成される。
【００２２】
ここで、試験体１２を短時間で高温に加熱するために高出力の加熱駆動装置７０を用いた場合、誘導加熱コイル６８に対する高周波電流の通電を完全に停止させることができず、引続き弱い高周波電流が誘導加熱コイル６８に流れてしまい、試験体１２を誘導加熱するおそれがある。そこで、実施例では前記昇降装置５８により試験体１２を非加熱位置に待避させることで、通電停止後に誘導加熱されるのを防止し、実際の操業状態に近い状況を再現するようにしてある。なお、誘導加熱コイル６８に対する高周波電流の通電を停止した後に誘導加熱コイル６８に流れる高周波電流による誘導加熱が、試験体１２に与える影響が小さい場合は、昇降装置５８を省略して、試験体１２と誘導加熱コイル６８との相対位置を変えない構成を採用することが可能である。
【００２３】
前記ヒートパターンは、金型による実際の鋳造工程を模擬して、加熱工程−保持工程−冷却工程から構成される。すなわち、実際の鋳造工程では、基本的に、金型のキャビティへの溶湯の充填から固化までの第１状態、型開きして製品押出しまでの第２状態、次の溶湯の充填までの第３状態に分けられ、第１状態が加熱工程、第２状態が保持工程、第３状態が冷却工程に対応する。また、第１状態において加熱される金型が達する温度を上限温度とし、鋳造が繰り返されることで金型が一定温度(例えば１００℃)に保持されることから、このときの温度を下限温度とする。そして、評価試験装置１０では、加熱工程においては、加熱駆動装置７０を所定電力(加熱出力)で運転して、下限温度から上限温度まで予め設定された加熱時間(例えば１０秒)で加熱する。また前記第２状態は、製品の余熱により金型が加熱されることから、評価試験装置１０では、保持工程において、前記試験体１２を、水冷により温度低下するのを許容する熱量で加熱するべく、加熱駆動装置７０を最低電力(加熱時出力の３５％程度)で予め設定された保持時間(例えば５秒)だけ運転する。更に、評価試験装置１０では、冷却工程においては、昇降装置５８により試験体１２を非加熱位置に移動して、該試験体１２が下限温度に冷却されるまで保持する。そして、このような加熱工程−保持工程−冷却工程からなるヒートパターンを１サイクルとして、前記制御装置４６で各装置１４,１６,５８を制御して試験を行なうようになっている。
【００２４】
なお、前記上限温度、下限温度、加熱時間、保持時間等の各種の試験条件は、制御装置４６に接続する入力手段７４により設定変更可能に構成される。また、加熱工程における加熱駆動装置７０の加熱出力に関しては、下限温度と上限温度および加熱時間の関係から予め求められる。
【００２５】
ここで、実施例の評価試験装置１０には、試験を安全に行なうための各種の安全装置が配設されているので、図３を参照して簡単に説明する。すなわち、前記冷却水タンク２４に、冷却水の水位を検出する第１水面センサ７６が配設されている。また、前記昇降装置５８で保持される試験体１２の下方に、該試験体１２から漏れる冷却水を受容する漏水受け７８が配置され、該漏水受け７８に、漏水の水位を検出する第２水面センサ８０が配設されている。第１水面センサ７６および第２水面センサ８０は前記制御装置４６に夫々接続されており、該制御装置４６は、管路系等からの冷却水の漏れ等に起因して冷却水タンク内の水位が低下したことを第１水面センサ７６が検出したとき、および試験体１２からの冷却水の漏れ等に起因して漏水受け内の水位が高くなったことを第２水面センサ８０が検出したときに、評価試験装置１０の運転を停止するよう設定されている。また制御装置４６は、冷却装置２８やヒータ５０の故障等により冷却水の温度が、予め設定した異常温度を越えて高くなったことを前記第１温度検出器５４が検出したとき、および冷却水の循環不良等に起因して試験体１２の温度が、上限温度より高い異常温度となったことを前記第２温度検出器７２が検出したときにも評価試験装置１０の運転を停止するよう設定してある。
【００２６】
〔実施例の作用〕
次に、実施例に係る評価試験装置の作用につき、評価試験方法との関係で説明する。先ず、前記昇降装置５８の支持部材６０に保持されている連結管３４,３８に、評価する金型と同材質で同じ熱処理等を施した試験体１２を連通接続し、この支持部材６０を移動して該試験体１２を加熱位置に位置決めする。そして、前記ポンプ２６を駆動して、前記冷却装置２８やヒータ５０により温度制御された冷却水を、試験体１２の水冷孔１２ａに一定流量で流通することで該試験体１２を水冷状態としたもとで、前記加熱装置１６の誘導加熱コイル６８に高周波電流を通電し、試験体１２を誘導加熱する加熱工程を開始する。なお、加熱工程を開始する前に、試験体１２を予め下限温度まで加熱しておく。また加熱工程における加熱駆動装置７０の加熱出力は、予め設定された加熱時間の間に、試験体１２の表面温度を下限温度から上限温度まで昇温させ得る値を求めて設定される。
【００２７】
前記加熱時間の経過後、前記制御装置４６は、加熱装置１６の加熱駆動装置７０を最低電力で運転する保持工程に移行させる。そして、所定の保持時間の経過後、前記昇降装置５８を作動して試験体１２を非加熱位置まで下降させて冷却工程に移行する。このとき、昇降装置５８の支持部材６０に保持されている連結管３４,３８に接続するホース３６,４０により試験体１２の下降は許容され、水冷孔１２ａには冷却水が流通した状態が継続する。これにより試験体１２は、内部からの水冷および自然放冷により冷却される。
【００２８】
ここで、前記試験体１２の水冷孔１２ａを流通して冷却水タンク２４に戻る冷却水は、試験体１２との熱交換により温度上昇し、冷却水タンク２４内の冷却水の温度は上昇するが、前記第１温度検出器５４の検出温度に基づいて、前記制御装置４６は冷却水の温度を予め設定された温度に維持するように前記冷却装置２８を運転制御しており、試験体１２に供給される冷却水の温度は略一定に保持される。また冷却水の流量についても、前記バルブ４２により一定に保持されているから、安定した試験条件が保たれる。
【００２９】
前記試験体１２が、冷却水による冷却および自然放冷により予め設定された下限温度まで冷却されたことを前記第２温度検出器７２が検出すると、前記制御装置４６は、昇降装置５８を作動して試験体１２を加熱位置まで上昇すると共に、誘導加熱コイル６８に所定の高周波電流を通電して試験体１２を誘導加熱する加熱工程に移行させる。
【００３０】
前述した加熱工程−保持工程−冷却工程からなるヒートパターンでのサイクルを繰り反し、前記カウンタ６６が予め設定した設定値をカウントすると、制御装置４６は評価試験装置１０の運転を停止して試験を終了する。
【００３１】
試験終了後、評価試験装置１０から取外した試験体１２を、内視鏡観察や超音波パルスエコー等により検査したり、あるいは試験体１２を水冷孔１２ａの部分で切断し、水冷孔１２ａの内周面をカラーチェックすることで、割れや錆の発生状態を確認することができる。すなわち、実際の金型を用いることなく、試験体１２を用いて実際の操業状態を擬似的に再現することで、金型の内部に形成された水冷孔の内部で発生する割れ等の損傷評価を簡単に行なうことができる。
【００３２】
前記試験体１２における水冷孔１２ａには、応力集中部としてのノッチ１８を形成してあるから、該ノッチ１８に作用する熱負荷は他の部位より大きく、短時間で割れや錆が発生する状態となる。すなわち、短時間で試験体１２の損傷評価を行なうことができる。しかも、評価試験装置１０の構成は簡単であるから、設備コストを低廉に抑えることもできる。また、上限温度、下限温度、加熱時間、保持時間、冷却水の温度や流量等の各試験条件は任意に設定変更可能であるので、求められる条件での損傷評価を行ない得る。更に、前記カウンタ６６に設定した設定値だけヒートパターンを自動で繰り返すよう構成してあるから、作業者の負担は軽減される。しかも、前記制御装置４６は、第１水面センサ７６、第２水面センサ８０、第１温度検出器５４または第２温度検出器７２が異常事態の発生を検出したときには評価試験装置１０の運転を自動で停止するから、安全でかつ異常状態での試験が継続されることでの無駄を発生を防ぐことができる。更にまた、加熱装置１６として高周波誘導加熱方式を採用しているから、試験体１２を短時間で高温に効率的に加熱することができ、試験に要する時間を短縮し得ると共に、加熱温度の変更も簡単に行ない得る。
【００３３】
なお、実施例では冷却水の温度を一定として試験を実施したが、加熱工程、保持工程、冷却工程の夫々の工程で冷却水の温度を変化させ、損傷の発生を抑制し得る最適な条件を検証することができる。更には、試験体(金型)の材質(鋼種、硬さ、組織等)に最適な水冷条件等も、実際の金型を用いることなく検証することが可能となる。
【００３４】
〔実験例〕
ＳＫＤ６１を材質として、硬度がＨＲＣ４６の材料から、直径６０ｍｍで長さ６０ｍｍの円柱状の試験体を製作し、この試験体に内径１５ｍｍの水冷孔を形成すると共に、内部に内角が１２０°のノッチを形成した。そして、実施例に係る評価試験装置を用い、実験例１として、１００℃(下限温度)の試験体を４５０℃(上限温度)まで１０秒で誘導加熱した後、加熱時出力の３５％での運転を５秒維持し、次に試験体を非加熱位置に下降して１００℃まで冷却するサイクル(図６参照)を、３０００サイクル繰り返した。なお、冷却水としては、ｐＨ７.８の工業用水を用い、水温２３℃、流量２５.５ｌ／分とした。また上限温度を５５０℃で、他の条件を同一とした実験例２も行なった。
【００３５】
実験例１および２において、試験中におけるノッチの底部(角部)の温度を計った結果、図７に示す如く、試験中は常時７０℃以上であり、また最高温度は１６０℃〜１７０℃に達した。すなわち、試験中における水冷孔内の腐食環境は充分であり、熱応力との相互作用により応力腐食割れが発生する条件を達成していることが確認された。
【００３６】
またＦＥ解析(有限要素法解析)により、ノッチ底部の応力を計算した結果、実験例１では、最大相当応力：１５６４ＭＰａ、最大静水圧応力：９１２ＭＰａが発生し、実験例２では、最大相当応力：１７１４ＭＰａ、最大静水圧応力：１０４３ＭＰａが発生した。しかも、最大静水圧応力／最大相当応力である大割れ値は、実験例１および２において、何れもノッチ底部で破壊臨界値以上であった。すなわち、実験例１および２において、ノッチ底部で亀裂の発生が可能な条件となることが確認された。
【００３７】
このように、実施例の評価試験装置を用いることで、試験体における水冷孔の内部を、実際の金型を用いた操業時における状態と同様の、錆や割れ等が発生する状態とし得ることが確認された。
【００３８】
また、試験終了後の試験体におけるノッチ底部の切断面におけるミクロ組織を観察した結果、亀裂の発生が確認された。しかも、亀裂の進展経路は結晶粒界に沿って進行しており、この亀裂の状態は、実際の金型に発生する亀裂の状態と一致することも確認された。
【００３９】
以上の結果により、実際の操業により金型に発生する水冷孔内部の損傷を、試験体において短時間で再現することが可能で、かつ該試験体の損傷に基づいて、実際の金型の損傷を評価することが可能であることが確認された。
【００４０】
〔変更例〕
本願は前述した実施例の構成に限定されるものでなく、その他の構成を適宜に採用することができる。
１．実施例では冷却水の流量制御は、バルブを手動で操作して行なっているが、流量制御可能な電磁弁等の流量制御装置を採用し、該流量制御装置を制御装置で自動調節および自動で設定変更可能に構成してもよい。
２．試験体における水冷孔に形成されるノッチの形状は、Ｖ字状に限らず、熱応力が集中し得る形状であればよい。またノッチを周方向に所定間隔で離間して形成したり、あるい軸方向に連続的あるいは所定間隔毎に延在するよう形成してもよい。
３．加熱装置として、実施例では高周波誘導加熱装置を用いたが、その他の加熱源により試験体を外部から加熱し得る装置を採用し得る。
４．実施例では、加熱工程において加熱時間の経過後に保持工程に移行するようにしたが、試験体の表面温度が上限温度に達したことを第２温度検出器が検出したときに保持工程に移行するよう制御してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の好適な実施例に係る評価試験装置を示す概略構成図である。
【図２】実施例に係る試験体を示す縦断面図である。
【図３】実施例に係る評価試験装置における安全装置等を示す概略構成図である。
【図４】実施例に係る評価試験装置における制御系を示すブロック図である。
【図５】実施例に係る評価試験装置で実施されるヒートパターンを示すグラフ図である。
【図６】実験例におけるヒートパターンを示すグラフ図である。
【図７】実験例におけるノッチ底部の温度変化を示すグラフ図である。
【符号の説明】
【００４２】
１２ 試験体，１２ａ 水冷孔，１４ 冷却水供給装置，１６ 加熱装置
１８ ノッチ(応力集中部)
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金型の内部に形成された水冷孔の内部で発生する割れ等の損傷評価を、試験体を用いて実際の操業状態を擬似的に再現して行なう評価試験方法と、これに用いられる評価試験装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自動車部品等を鋳造する金型として、良好な寸法精度、高生産性、ニアネットシェイプによる後加工の削減等の点で優れているダイカスト金型が好適に用いられている。このダイカスト金型では、溶湯の凝固プロセスを効率的に行なうために、金型内部に水冷孔を形成して金型内部を水冷する構造が採用される。
【０００３】
この場合に、溶湯を鋳造する一方で金型内部を水冷することにより、金型表面から内部にかけて急激な温度勾配が発生し、水冷孔には使用中に過大な熱応力が発生し、水冷孔の表層部で割れが発生して操業の安定化の阻害要因となっている。そこで、水冷孔の表層部に焼鈍等の軟化熱処理を施して硬度を下げることで、割れの発生を抑制する提案がなされている(例えば特許文献１参照)。
【特許文献１】特開平６−２８５６０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前記水冷孔の内部で発生する割れ等の損傷の原因としては、金型外部表面の加熱−冷却による熱疲労の他に、冷却水による腐食、材料そのものの機能(強度、靭性、疲労強度等)等が考えられ、前述した軟化熱処理が、どの原因に有効かは明らかでない。しかも、軟化熱処理を施した金型を実際に使用してみなければ、水冷孔の内部における損傷の発生の有無を検証することはできなかった。しかるに、金型は高価であるため、金型の損傷評価を事前に行なうことが希求されているが、簡易かつ短時間で行ない得る評価試験方法や試験装置は存在していないのが実状である。
【０００５】
すなわち本発明は、前述した従来の技術に内在している前記課題に鑑み、これを好適に解決するべく提案されたものであって、水冷孔の内部で発生する損傷等の評価を、試験体を用いて簡易かつ短時間で行ない得る評価試験方法およびその装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前述した課題を解決し、所期の目的を達成するため、請求項１の発明に係る評価試験方法は、
水冷孔が形成されると共に、該水冷孔の内部に応力集中部を形成した試験体を用い、前記水冷孔に温度制御された冷却水を常時流通して試験体を水冷状態としたもとで、
前記試験体を外部から加熱装置により上限温度まで加熱する加熱工程と、該加熱装置による加熱を停止して下限温度まで冷却する冷却工程とを繰り返すことを特徴とする。
【０００７】
請求項１に係る発明によれば、水冷孔の内部に応力集中部を形成した試験体を用いることで、短時間で割れ等の損傷を発生させる状況を再現することができ、短時間で損傷評価を行ない得る。
【０００８】
請求項２の発明は、前記加熱工程と冷却工程との間に、前記試験体が水冷により温度低下するのを許容する熱量での加熱装置による加熱を所定の保持時間だけ継続する保持工程を行なうようにした。
請求項２に係る発明によれば、加熱工程と冷却工程との間に保持工程を行なうことで、金型を用いた実際の鋳造に際して実施される型開き時の状況を再現でき、評価精度が向上する。
【０００９】
また前述した課題を解決し、所期の目的を達成するため、請求項３の発明に係る評価試験装置は、
水冷孔が形成されると共に、該水冷孔の内部に応力集中部を形成した試験体と、
前記試験体の水冷孔に、温度制御した冷却水を流通させる冷却水供給装置と、
前記試験体を外部から加熱可能な加熱装置とから構成したことを特徴とする。
請求項３に係る発明によれば、水冷孔の内部に応力集中部を形成した試験体を用いることで、短時間で割れ等の損傷を発生させる状況を再現することができ、短時間で損傷評価を行ない得る。また評価試験装置は、試験体に冷却水を供給する冷却水供給装置と加熱装置とから基本的に構成されるから、構成は極めて簡単であり、設備コストを低廉に抑えることができる。
【００１０】
請求項４の発明は、前記応力集中部を、周方向に延在するよう形成されたノッチとした。
請求項４に係る発明によれば、応力集中部としてのノッチの形成は容易であるから、試験体の製造が簡単となる。
【００１１】
請求項５の発明は、前記加熱装置は、試験体を囲繞するよう非接触で配置した誘導加熱コイルに高周波電流を通電することで、試験体を誘導加熱するよう構成される。
請求項５に係る発明によれば、試験体の加熱を誘導加熱方式としたから、短時間で高温に効率的に加熱することができ、かつ温度制御が容易である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る評価試験方法およびその装置によれば、水冷孔の内部で発生する割れ等の損傷評価を簡易かつ短時間で行なうことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
次に、本発明に係る評価試験方法およびその装置につき、好適な実施例を挙げて、添付図面を参照しながら以下説明する。
【実施例】
【００１４】
図１は、実施例に係る評価試験装置の概略構成を示すものであって、該試験装置１０は、試験体１２に冷却水を循環供給する冷却水供給装置１４と、試験体１２を外部から加熱する加熱装置１６とから基本的に構成される。前記試験体１２は、図２に示す如く、軸方向に貫通する所要内径の水冷孔１２ａが形成されると共に、該水冷孔１２ａの内部(表層部)に、周方向に延在するノッチ１８が形成されたものであって、該ノッチ１８が応力集中部として機能するよう構成される。実施例のノッチ１８は、水冷孔１２ａにおける軸方向の略中央に形成されて、径方向内側に開放する断面Ｖ字状を呈している。また試験体１２には、その軸方向の両端部に、水冷孔１２ａに連通する通孔２０ａ,２２ａが形成された連結部２０,２２が夫々形成され、この連結部２０,２２に、後述する冷却水供給用の連結管３４,３８が水密状態で着脱自在に連結されるようになっている。なお、試験体１２の材質は、評価する実際の金型と同材質で、同等の熱処理等が施され、また水冷孔１２ａの試験体外表面からの位置は、金型の形状に応じて設計される実際の水冷孔の形成位置に対応するよう設定される。
【００１５】
前記冷却水供給装置１４は、図１に示す如く、工業用水等の冷却水を所定量貯留可能な冷却水タンク２４と、該タンク２４に貯留されている冷却水を前記試験体１２に供給するポンプ２６と、冷却水タンク２４に貯留されている冷却水を冷却する冷却装置２８とから基本的に構成される。すなわち、冷却水タンク２４から導出する導出管３０が、ポンプ２６の吸込口に接続されると共に、ポンプ２６の吐出口から導出する供給管３２が、前記試験体１２における入口側の連結部２０に連結される入口側連結管３４に連通状態で接続され、該ポンプ２６の運転により冷却水を試験体１２の水冷孔１２ａに供給するよう構成してある。なお、実施例では、供給管３２と入口側連結管３４とは、後述する昇降装置５８による試験体１２の上下動を許容するために、可撓性を有する供給用ホース３６を介して連通接続されている。
【００１６】
また、前記試験体１２における出口側の連結部２２に連結される出口側連結管３８に、可撓性を有する戻し用ホース４０が連通接続され、該ホース４０が冷却水タンク２４に連通するよう構成され、試験体１２の水冷孔１２ａを流通した冷却水を、出口側連結管３８および戻し用ホース４０を介して冷却水タンク２４に回収するようになっている。なお、戻し用ホース４０は、前記供給用ホース３６と同様に、試験体１２の上下動を許容するべく機能する。前記供給管３２には、流量制御用のバルブ４２および流量計４４が配設され、バルブ４２を開閉調節することで、冷却水の流量を可変し得ると共に流量計４４で確認し得るよう構成してある。また入口側連結管３４および出口側連結管３８は、試験体１２の対応する連結部２０,２２に対して着脱自在に連結されるよう構成され、試験体１２のみの交換が可能とされている。
【００１７】
前記冷却装置２８は、内部で冷却した冷却液が循環するチラー管２８ａを、前記冷却水タンク２４の内部において冷却水に浸漬する状態で収納配置し(図３参照)、該チラー管２８ａ内を循環する冷却液と冷却水とを熱交換させることで、冷却水を冷却するよう構成される。なお、冷却装置２８は、制御装置４６に接続する冷却用温調器４８を備え(図４参照)、該冷却用温調器４８を制御することで、冷却液の温度を一定に保持し得ると共に、必要に応じて可変し得るよう構成される。
【００１８】
なお、実施例の冷却水供給装置１４は、図３に示す如く、冷却水タンク２４の内部にヒータ５０が配設され、寒冷地等、冷却水として使用される工業用水等の温度自体が低温の場合に、必要に応じて適切な温度に昇温し得るよう構成してある。またヒータ５０には、前記制御装置４６に接続する昇温用温調器５２が接続され、該昇温用温調器５２を制御することで、冷却水の温度を一定に保持し得ると共に、必要に応じて可変し得るよう構成される。更に、冷却水タンク２４には、制御装置４６に接続されて冷却水の温度を検出する第１温度検出器５４が配設され、該第１温度検出器５４での検出温度に基づいて、制御装置４６が冷却装置２８およびヒータ５０の両方を制御、あるいは冷却装置２８のみを制御することで、温度制御された冷却水を前記試験体１２の水冷孔１２ａに供給し得るようになっている。但し、ヒータ５０は必要に応じて設ければよく、省略可能である。図３において符号５６は、第１温度検出器５４での検出温度を表示する温度表示器を示す。
【００１９】
前記試験体１２は、昇降装置５８に保持されて上下動可能に構成される。この昇降装置５８は、シリンダあるいはモータとラック−ピニオンやネジ軸等の組合わせからなる昇降手段(図示せず)により上下動する支持部材６０を備え、該支持部材６０を構成する上下に離間する一対の保持アーム６０ａ,６０ｂに、対応する前記連結管３４,３８が保持されている。すなわち、一方の保持アーム６０ａに入口側連結管３４が保持され、他方の保持アーム６０ｂに出口側連結管３８が保持される。そして、昇降手段により支持部材６０を上下動することで、試験体１２が一体的に上下動し、後述する誘導加熱コイル６８の内部に位置する加熱位置と、該加熱コイル６８から離間する非加熱位置との間を上下動するよう構成される。
【００２０】
前記昇降装置５８には、試験体１２を加熱位置に臨ませる支持部材６０の位置を検出する上限位置センサ６２と、試験体１２を非加熱位置に臨ませる支持部材６０の位置を検出する下限位置センサ６４とが配設され、両位置センサ６２,６４は制御装置４６に接続されている。そして、両位置センサ６２,６４からの検出信号によって制御装置４６が昇降手段を運転制御して、試験体１２を加熱位置と非加熱位置に位置決めするよう設定される。また昇降装置５８には、制御装置４６に接続されて支持部材６０の上下動の回数をカウントするカウンタ６６が配設され、制御装置４６は、カウンタ６６が予め設定された設定値をカウントしたときに、評価試験装置１０の運転を停止するよう設定されている。なお昇降装置５８は、手動スイッチ等により昇降手段を作動して支持部材６０を上下動し得るよう構成してある。
【００２１】
前記加熱装置１６は、前記加熱位置に臨む試験体１２を囲繞するよう非接触で配置される誘導加熱コイル６８と、該コイル６８に高周波電流を通電する加熱駆動装置７０とを備え、誘導加熱コイル６８に高周波電流を通電することで、試験体１２を誘導加熱するよう構成される。この加熱駆動装置７０は前記制御装置４６に接続され、予め設定されたヒートパターン(図５参照)で試験体１２を加熱するように、制御装置４６により制御される。また試験体１２の評価試験に際しては、該試験体１２の表面に第２温度検出器７２が取付けられ、該第２温度検出器７２での検出温度が制御装置４６に入力されて、該検出温度に基づいて制御装置４６が加熱駆動装置７０を運転制御するよう構成される。
【００２２】
ここで、試験体１２を短時間で高温に加熱するために高出力の加熱駆動装置７０を用いた場合、誘導加熱コイル６８に対する高周波電流の通電を完全に停止させることができず、引続き弱い高周波電流が誘導加熱コイル６８に流れてしまい、試験体１２を誘導加熱するおそれがある。そこで、実施例では前記昇降装置５８により試験体１２を非加熱位置に待避させることで、通電停止後に誘導加熱されるのを防止し、実際の操業状態に近い状況を再現するようにしてある。なお、誘導加熱コイル６８に対する高周波電流の通電を停止した後に誘導加熱コイル６８に流れる高周波電流による誘導加熱が、試験体１２に与える影響が小さい場合は、昇降装置５８を省略して、試験体１２と誘導加熱コイル６８との相対位置を変えない構成を採用することが可能である。
【００２３】
前記ヒートパターンは、金型による実際の鋳造工程を模擬して、加熱工程−保持工程−冷却工程から構成される。すなわち、実際の鋳造工程では、基本的に、金型のキャビティへの溶湯の充填から固化までの第１状態、型開きして製品押出しまでの第２状態、次の溶湯の充填までの第３状態に分けられ、第１状態が加熱工程、第２状態が保持工程、第３状態が冷却工程に対応する。また、第１状態において加熱される金型が達する温度を上限温度とし、鋳造が繰り返されることで金型が一定温度(例えば１００℃)に保持されることから、このときの温度を下限温度とする。そして、評価試験装置１０では、加熱工程においては、加熱駆動装置７０を所定電力(加熱出力)で運転して、下限温度から上限温度まで予め設定された加熱時間(例えば１０秒)で加熱する。また前記第２状態は、製品の余熱により金型が加熱されることから、評価試験装置１０では、保持工程において、前記試験体１２を、水冷により温度低下するのを許容する熱量で加熱するべく、加熱駆動装置７０を最低電力(加熱時出力の３５％程度)で予め設定された保持時間(例えば５秒)だけ運転する。更に、評価試験装置１０では、冷却工程においては、昇降装置５８により試験体１２を非加熱位置に移動して、該試験体１２が下限温度に冷却されるまで保持する。そして、このような加熱工程−保持工程−冷却工程からなるヒートパターンを１サイクルとして、前記制御装置４６で各装置１４,１６,５８を制御して試験を行なうようになっている。
【００２４】
なお、前記上限温度、下限温度、加熱時間、保持時間等の各種の試験条件は、制御装置４６に接続する入力手段７４により設定変更可能に構成される。また、加熱工程における加熱駆動装置７０の加熱出力に関しては、下限温度と上限温度および加熱時間の関係から予め求められる。
【００２５】
ここで、実施例の評価試験装置１０には、試験を安全に行なうための各種の安全装置が配設されているので、図３を参照して簡単に説明する。すなわち、前記冷却水タンク２４に、冷却水の水位を検出する第１水面センサ７６が配設されている。また、前記昇降装置５８で保持される試験体１２の下方に、該試験体１２から漏れる冷却水を受容する漏水受け７８が配置され、該漏水受け７８に、漏水の水位を検出する第２水面センサ８０が配設されている。第１水面センサ７６および第２水面センサ８０は前記制御装置４６に夫々接続されており、該制御装置４６は、管路系等からの冷却水の漏れ等に起因して冷却水タンク内の水位が低下したことを第１水面センサ７６が検出したとき、および試験体１２からの冷却水の漏れ等に起因して漏水受け内の水位が高くなったことを第２水面センサ８０が検出したときに、評価試験装置１０の運転を停止するよう設定されている。また制御装置４６は、冷却装置２８やヒータ５０の故障等により冷却水の温度が、予め設定した異常温度を越えて高くなったことを前記第１温度検出器５４が検出したとき、および冷却水の循環不良等に起因して試験体１２の温度が、上限温度より高い異常温度となったことを前記第２温度検出器７２が検出したときにも評価試験装置１０の運転を停止するよう設定してある。
【００２６】
〔実施例の作用〕
次に、実施例に係る評価試験装置の作用につき、評価試験方法との関係で説明する。先ず、前記昇降装置５８の支持部材６０に保持されている連結管３４,３８に、評価する金型と同材質で同じ熱処理等を施した試験体１２を連通接続し、この支持部材６０を移動して該試験体１２を加熱位置に位置決めする。そして、前記ポンプ２６を駆動して、前記冷却装置２８やヒータ５０により温度制御された冷却水を、試験体１２の水冷孔１２ａに一定流量で流通することで該試験体１２を水冷状態としたもとで、前記加熱装置１６の誘導加熱コイル６８に高周波電流を通電し、試験体１２を誘導加熱する加熱工程を開始する。なお、加熱工程を開始する前に、試験体１２を予め下限温度まで加熱しておく。また加熱工程における加熱駆動装置７０の加熱出力は、予め設定された加熱時間の間に、試験体１２の表面温度を下限温度から上限温度まで昇温させ得る値を求めて設定される。
【００２７】
前記加熱時間の経過後、前記制御装置４６は、加熱装置１６の加熱駆動装置７０を最低電力で運転する保持工程に移行させる。そして、所定の保持時間の経過後、前記昇降装置５８を作動して試験体１２を非加熱位置まで下降させて冷却工程に移行する。このとき、昇降装置５８の支持部材６０に保持されている連結管３４,３８に接続するホース３６,４０により試験体１２の下降は許容され、水冷孔１２ａには冷却水が流通した状態が継続する。これにより試験体１２は、内部からの水冷および自然放冷により冷却される。
【００２８】
ここで、前記試験体１２の水冷孔１２ａを流通して冷却水タンク２４に戻る冷却水は、試験体１２との熱交換により温度上昇し、冷却水タンク２４内の冷却水の温度は上昇するが、前記第１温度検出器５４の検出温度に基づいて、前記制御装置４６は冷却水の温度を予め設定された温度に維持するように前記冷却装置２８を運転制御しており、試験体１２に供給される冷却水の温度は略一定に保持される。また冷却水の流量についても、前記バルブ４２により一定に保持されているから、安定した試験条件が保たれる。
【００２９】
前記試験体１２が、冷却水による冷却および自然放冷により予め設定された下限温度まで冷却されたことを前記第２温度検出器７２が検出すると、前記制御装置４６は、昇降装置５８を作動して試験体１２を加熱位置まで上昇すると共に、誘導加熱コイル６８に所定の高周波電流を通電して試験体１２を誘導加熱する加熱工程に移行させる。
【００３０】
前述した加熱工程−保持工程−冷却工程からなるヒートパターンでのサイクルを繰り反し、前記カウンタ６６が予め設定した設定値をカウントすると、制御装置４６は評価試験装置１０の運転を停止して試験を終了する。
【００３１】
試験終了後、評価試験装置１０から取外した試験体１２を、内視鏡観察や超音波パルスエコー等により検査したり、あるいは試験体１２を水冷孔１２ａの部分で切断し、水冷孔１２ａの内周面をカラーチェックすることで、割れや錆の発生状態を確認することができる。すなわち、実際の金型を用いることなく、試験体１２を用いて実際の操業状態を擬似的に再現することで、金型の内部に形成された水冷孔の内部で発生する割れ等の損傷評価を簡単に行なうことができる。
【００３２】
前記試験体１２における水冷孔１２ａには、応力集中部としてのノッチ１８を形成してあるから、該ノッチ１８に作用する熱負荷は他の部位より大きく、短時間で割れや錆が発生する状態となる。すなわち、短時間で試験体１２の損傷評価を行なうことができる。しかも、評価試験装置１０の構成は簡単であるから、設備コストを低廉に抑えることもできる。また、上限温度、下限温度、加熱時間、保持時間、冷却水の温度や流量等の各試験条件は任意に設定変更可能であるので、求められる条件での損傷評価を行ない得る。更に、前記カウンタ６６に設定した設定値だけヒートパターンを自動で繰り返すよう構成してあるから、作業者の負担は軽減される。しかも、前記制御装置４６は、第１水面センサ７６、第２水面センサ８０、第１温度検出器５４または第２温度検出器７２が異常事態の発生を検出したときには評価試験装置１０の運転を自動で停止するから、安全でかつ異常状態での試験が継続されることでの無駄を発生を防ぐことができる。更にまた、加熱装置１６として高周波誘導加熱方式を採用しているから、試験体１２を短時間で高温に効率的に加熱することができ、試験に要する時間を短縮し得ると共に、加熱温度の変更も簡単に行ない得る。
【００３３】
なお、実施例では冷却水の温度を一定として試験を実施したが、加熱工程、保持工程、冷却工程の夫々の工程で冷却水の温度を変化させ、損傷の発生を抑制し得る最適な条件を検証することができる。更には、試験体(金型)の材質(鋼種、硬さ、組織等)に最適な水冷条件等も、実際の金型を用いることなく検証することが可能となる。
【００３４】
〔実験例〕
ＳＫＤ６１を材質として、硬度がＨＲＣ４６の材料から、直径６０ｍｍで長さ６０ｍｍの円柱状の試験体を製作し、この試験体に内径１５ｍｍの水冷孔を形成すると共に、内部に内角が１２０°のノッチを形成した。そして、実施例に係る評価試験装置を用い、実験例１として、１００℃(下限温度)の試験体を４５０℃(上限温度)まで１０秒で誘導加熱した後、加熱時出力の３５％での運転を５秒維持し、次に試験体を非加熱位置に下降して１００℃まで冷却するサイクル(図６参照)を、３０００サイクル繰り返した。なお、冷却水としては、ｐＨ７.８の工業用水を用い、水温２３℃、流量２５.５ｌ／分とした。また上限温度を５５０℃で、他の条件を同一とした実験例２も行なった。
【００３５】
実験例１および２において、試験中におけるノッチの底部(角部)の温度を計った結果、図７に示す如く、試験中は常時７０℃以上であり、また最高温度は１６０℃〜１７０℃に達した。すなわち、試験中における水冷孔内の腐食環境は充分であり、熱応力との相互作用により応力腐食割れが発生する条件を達成していることが確認された。
【００３６】
またＦＥ解析(有限要素法解析)により、ノッチ底部の応力を計算した結果、実験例１では、最大相当応力：１５６４ＭＰａ、最大静水圧応力：９１２ＭＰａが発生し、実験例２では、最大相当応力：１７１４ＭＰａ、最大静水圧応力：１０４３ＭＰａが発生した。しかも、最大静水圧応力／最大相当応力である大割れ値は、実験例１および２において、何れもノッチ底部で破壊臨界値以上であった。すなわち、実験例１および２において、ノッチ底部で亀裂の発生が可能な条件となることが確認された。
【００３７】
このように、実施例の評価試験装置を用いることで、試験体における水冷孔の内部を、実際の金型を用いた操業時における状態と同様の、錆や割れ等が発生する状態とし得ることが確認された。
【００３８】
また、試験終了後の試験体におけるノッチ底部の切断面におけるミクロ組織を観察した結果、亀裂の発生が確認された。しかも、亀裂の進展経路は結晶粒界に沿って進行しており、この亀裂の状態は、実際の金型に発生する亀裂の状態と一致することも確認された。
【００３９】
以上の結果により、実際の操業により金型に発生する水冷孔内部の損傷を、試験体において短時間で再現することが可能で、かつ該試験体の損傷に基づいて、実際の金型の損傷を評価することが可能であることが確認された。
【００４０】
〔変更例〕
本願は前述した実施例の構成に限定されるものでなく、その他の構成を適宜に採用することができる。
１．実施例では冷却水の流量制御は、バルブを手動で操作して行なっているが、流量制御可能な電磁弁等の流量制御装置を採用し、該流量制御装置を制御装置で自動調節および自動で設定変更可能に構成してもよい。
２．試験体における水冷孔に形成されるノッチの形状は、Ｖ字状に限らず、熱応力が集中し得る形状であればよい。またノッチを周方向に所定間隔で離間して形成したり、あるい軸方向に連続的あるいは所定間隔毎に延在するよう形成してもよい。
３．加熱装置として、実施例では高周波誘導加熱装置を用いたが、その他の加熱源により試験体を外部から加熱し得る装置を採用し得る。
４．実施例では、加熱工程において加熱時間の経過後に保持工程に移行するようにしたが、試験体の表面温度が上限温度に達したことを第２温度検出器が検出したときに保持工程に移行するよう制御してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の好適な実施例に係る評価試験装置を示す概略構成図である。
【図２】実施例に係る試験体を示す縦断面図である。
【図３】実施例に係る評価試験装置における安全装置等を示す概略構成図である。
【図４】実施例に係る評価試験装置における制御系を示すブロック図である。
【図５】実施例に係る評価試験装置で実施されるヒートパターンを示すグラフ図である。
【図６】実験例におけるヒートパターンを示すグラフ図である。
【図７】実験例におけるノッチ底部の温度変化を示すグラフ図である。
【符号の説明】
【００４２】
１２ 試験体，１２ａ 水冷孔，１４ 冷却水供給装置，１６ 加熱装置
１８ ノッチ(応力集中部)
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水冷孔(12a)が形成されると共に、該水冷孔(12a)の内部に応力集中部(18)を形成した試験体(12)を用い、前記水冷孔(12a)に温度制御された冷却水を常時流通して試験体(12)を水冷状態としたもとで、
前記試験体(12)を外部から加熱装置(16)により上限温度まで加熱する加熱工程と、該加熱装置(16)による加熱を停止して下限温度まで冷却する冷却工程とを繰り返す
ことを特徴とする評価試験方法。
【請求項２】
前記加熱工程と冷却工程との間に、前記試験体(12)が水冷により温度低下するのを許容する熱量での加熱装置(16)による加熱を所定の保持時間だけ継続する保持工程を行なう請求項１記載の評価試験方法。
【請求項３】
水冷孔(12a)が形成されると共に、該水冷孔(12a)の内部に応力集中部(18)を形成した試験体(12)と、
前記試験体(13)の水冷孔(12a)に、温度制御した冷却水を流通させる冷却水供給装置(14)と、
前記試験体(12)を外部から加熱可能な加熱装置(16)とから構成した
ことを特徴とする評価試験装置。
【請求項４】
前記応力集中部は、周方向に延在するよう形成されたノッチ(18)である請求項３記載の評価試験装置。
【請求項５】
前記加熱装置(16)は、試験体(12)を囲繞するよう非接触で配置した誘導加熱コイル(68)に高周波電流を通電することで、試験体(12)を誘導加熱するよう構成される請求項３または４記載の評価試験装置。
【請求項１】
水冷孔(12a)が形成されると共に、該水冷孔(12a)の内部に応力集中部(18)を形成した試験体(12)を用い、前記水冷孔(12a)に温度制御された冷却水を常時流通して試験体(12)を水冷状態としたもとで、
前記試験体(12)を外部から加熱装置(16)により上限温度まで加熱する加熱工程と、該加熱装置(16)による加熱を停止して下限温度まで冷却する冷却工程とを繰り返す
ことを特徴とする評価試験方法。
【請求項２】
前記加熱工程と冷却工程との間に、前記試験体(12)が水冷により温度低下するのを許容する熱量での加熱装置(16)による加熱を所定の保持時間だけ継続する保持工程を行なう請求項１記載の評価試験方法。
【請求項３】
水冷孔(12a)が形成されると共に、該水冷孔(12a)の内部に応力集中部(18)を形成した試験体(12)と、
前記試験体(13)の水冷孔(12a)に、温度制御した冷却水を流通させる冷却水供給装置(14)と、
前記試験体(12)を外部から加熱可能な加熱装置(16)とから構成した
ことを特徴とする評価試験装置。
【請求項４】
前記応力集中部は、周方向に延在するよう形成されたノッチ(18)である請求項３記載の評価試験装置。
【請求項５】
前記加熱装置(16)は、試験体(12)を囲繞するよう非接触で配置した誘導加熱コイル(68)に高周波電流を通電することで、試験体(12)を誘導加熱するよう構成される請求項３または４記載の評価試験装置。
【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２００７−２９８４６７（Ｐ２００７−２９８４６７Ａ）
【公開日】平成１９年１１月１５日（２００７．１１．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１２８２９７（Ｐ２００６−１２８２９７）
【出願日】平成１８年５月２日（２００６．５．２）
【出願人】（０００００３７１３）大同特殊鋼株式会社 (916)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１１月１５日（２００７．１１．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年５月２日（２００６．５．２）
【出願人】（０００００３７１３）大同特殊鋼株式会社 (916)
【Ｆターム（参考）】
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