材料試験片とは？どういった試験片かご紹介いたします
材料試験片という単語、みなさんご存知でしょうか？
この記事では材料試験片の目的や使い方、試験方法など詳しく紹介していきます。
材料試験の目的について
今日まで、世界中で新しい技術、新しい商品が次々に開発され、私たちの生活を豊かにしています。
特に材料技術が著しく進歩しており、新しい機能材料が次々と市場に投入されています。
こうした材料の品質や安全性にまつわる特性を調べ、正しい材料の選定や様々な予測、改善、解決をするために試験、評価が行われています。
産業で用いられる技術は様々なものがあり、人目をひく派手なもの、先進的なものも数多くありますが、材料試験はそれらと比較すると大変地味な分野であります。
しかしその本質はすべてもモノづくりの原点であり、極めて大きなインパクトを持っています。
今後、引き続き材料試験が社会的大きな役割を果たしていくと考えられます。
材料試験片とは
材料試験片とは、製品や素材の一部から加工した供試材を「材料試験片」と呼び、
材料や部品の強さや硬さ、疲労しやすさなどを調べる目的で使用されます。
※この記事で紹介する「材料試験片」とは、主に工業素材から加工した試験片の総称のことです。
材料試験の結果は、機械や建築物などを設計する際の資料となり、
強さや安全を保証する重要な役割りを持っています。
そのため、形状や寸法は細かくJIS規格やASTM規格などで定められており、
試験結果の正確性は素材の加工の仕方や形状だけでなく、使用する機械にも影響されることがあります。
「材料試験」の試験方法についてご紹介
そもそも材料試験とは、どのような試験なのかここでは解説します。
材料試験とは、機械あるいは構造物が安全にその機能を発揮するためには、
使用される材料が十分な強さを持っている必要があります。
設計を行う上で、材料の性質を知ることが大切となります。
材料の機械的性質(剛性・耐久性など)を知る方法として材料試験が行われます。
機械の部品には力の働く方向や種類によって、引張、圧縮、曲げ、せん断、ねじり等が作用します。材料にかかる変形を調べることが材料試験の目的となります。
続いて、材料試験は材料試験機を使って測定を行います。
材料試験は目的に応じて以下の試験機で行われます。
静的試験…試験過程において、加速度の影響を無視できる範囲
-
- 万能（引張）試験機…主に強度や伸びなどを測定する
- 衝撃試験機…材料に衝撃が加わった時の靭性や脆性を測定する
- 曲げ試験機…曲げに関する変形の仕方を測定する
- 圧縮（耐圧）試験機…圧縮による強度・弾性率を測定する
- 硬さ試験機…押し込み具を押し付けた時に出来た、永久変形や重量を衝突させる時の反発力などで硬さを測定する
- ねじり試験機…材料に大きな変形を与えてねじりの性質を測定する動的試験…加速度及び衝撃的負荷を受けるもの
- 疲労試験機…材料に負荷を与え、破壊するまでの限度を測定する
- クリープ試験機…一定の荷重を与え続ける時の変形や破断までの時間を測定する工業的試験
- 摩擦・摩耗試験・発熱試験機…摩擦を与えることで摩擦係数や摩耗量などを測定する
- ねん回試験機…破断するまでねじり続ける
- ユニカップ試験機…薄板のプレス加工性を調べる
- エリクセン試験機…薄板の深絞り(プレス加工の一種で金属の薄板などから継目のない底付きの容器を製作する方法)性を調べる
これらの材料試験機で材料試験を行うことで、製品の強度などの性能を評価することができます。
材料試験片の種類
材料試験片は機械的性質(剛性・耐久性など)を知る方法として
様々な試験方法(引張・シャルピーなど)があります。
試験方法についてはJIS規格やASTM規格等の規格で決められております。
※JISは測定に使われる材質(金属やプラスチックなど)によって細かく規格が定められています。
ここでは代表的な材料試験片の種類の一例を紹介します。
材料試験片① 引張試験片
引張試験片とは主に素材の耐力、降伏応力、伸び、絞りの評価に使用されます。
引張試験機のつかみ部分に供試材を設置し、荷重を加えて引っ張り、破断するまでの強度や伸びなどを測定していきます。
引張試験片の形状及び寸法は、試験片を採取する材料の形状及び寸法によって制約を受けることがあります。
通常、試験片は材料から採取した供試材を機械加工または打抜き、鋳込みによって製作を行います。
当社は各企業様より機械加工での試験片製作の委託を受けております。
JIS規格での製作は勿論、各企業様の仕様書に応じて試験片製作を行っております。
材料試験片② 疲労試験片
疲労試験片とは、繰り返し数10^4以上の疲れ寿命を対象として、主に素材の疲れ限度、時間強さの評価に使用されます。
繰り返して変動する荷重にどれほど耐えられるのか、何回で破壊されるのかを測定します。
つまり何度もねじりや曲げなどの荷重を与えることで、材質の耐久性を評価することができます。
疲労試験にも、
- 曲げ疲労試験
- ねじり疲労試験
- 疲労き裂進展試験
など数多くあります。
当社ではJIS規格での製作は勿論、各企業様の仕様書に応じて試験片製作を行っております。
材料試験片③ シャルピー衝撃試験片
シャルピー衝撃試験片とは、主に素材の延性破面率、吸収エネルギー温度曲線、遷移温度の評価に使用されます。
シャルピー衝撃試験片は、振子の一振りによって、ノッチを付けた供試材を破断して行います。
多くの金属材料の衝撃値は、試験温度によって変化するため、試験時は指定された温度で行わなければなりません。
その温度が室温でない場合、試験片はその温度に管理された状態で加熱又は冷却を行わなくてはなりません。
シャルピー衝撃試験片を製作するうえで、熱影響又は冷間加工の影響が最小になるよう注意をする必要があります。
また、ノッチ形状を製作する際、吸収エネルギーに影響する可能性のあるような切削きずがノッチ底部につかないよう注意をする必要があります。
当社ではJIS規格での製作は勿論、各企業様の仕様書に応じて試験片製作を行っております。
材料試験片④ 硬さ試験片
硬さ試験片とは、硬さデータから材料の耐摩耗性や強度、金属材料では展延性や熱処理状態等が確実に推定することができます。
最近では、表面硬化層や薄膜などの加工技術を取り入れた製品では、加工図面に材料の硬度を指示したものが多いです。
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