JPH0545269A

JPH0545269A - 引張試験における降伏点の検出方法および引張試験装置

Info

Publication number: JPH0545269A
Application number: JP22539391A
Authority: JP
Inventors: Takao Nakamura; 隆夫中村; Hideaki Tanaka; 秀秋田中
Original assignee: Japan Steel Works Ltd
Current assignee: Japan Steel Works Ltd
Priority date: 1991-08-12
Filing date: 1991-08-12
Publication date: 1993-02-23

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】伸び計の精度などに影響されることなく降伏
点を正確に検出できる降伏点の検出方法及びこの方法に
用いる引張試験装置を提供する。【構成】逐次応力増加率Ｚｉと基準応力増加率Ｚｓと
を比較し、Ｚｉが、所定以下となった場合に降伏現象開
始として、ＺｓをＺｉで置換し、その後Ｚｉが所定以上
となった場合に、降伏領域通過判定を行い、降伏現象開
始から降伏領域通過判定に至る荷重ピークを降伏点とす
る。荷重測定部１０、計時部、荷重データ記憶部１２、
逐次応力増加率を算出する演算部１４、応力増加率記憶
部１５、降伏現象開始および降伏領域通過判定を行う中
央処理装置１６、速度制御部１７からなる引張試験装
置。【効果】伸び測定精度やチャックすべりによる影響
を排除して降伏点を正確に検出でき、また的確に引張制
御を行うことも可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、試験材料の引張試験
において、試験材料の降伏点を正確に検出することがで
きる降伏点の検出方法およびこの方法に用いられる引張
試験装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】周知のように、試験材料の引張試験を行
う場合には、試験材料をチャックで固定して、軸方向に
平行に荷重をかけて引張、徐々に延伸させて、ついには
破断させて荷重と伸びの関係を求めている。そして、試
験材料の延伸中に生ずる降伏現象では、多くの材料で降
伏点が出現しており、この降伏点を検出することも引張
試験の目的の一つとされる。降伏点（主として上降伏
点）の検出方法としてはいくつかのものが知られてお
り、その代表例を以下で説明する。引張試験中に観測さ
れる引張荷重は、引張の進行に従い増減し、降伏点通過
後は荷重が明らかに減少する。この現象を利用して、荷
重を表示する指針（例えば置き針）の動きを目視して読
み取ったり、荷重の減少を検知する手段を設けてこれを
降伏点と判定する方法がある。また、他の方法として
は、予め、降伏点を含む荷重領域を予想しておき、この
荷重領域内における最大荷重を降伏点として定める方法
がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の測定方
法のうち、前者の方法では、常駐観察者が必要となり、
能率が悪いという問題があり、またチャック部分ですべ
りが生じるなどして、誤って荷重値が低下したような場
合に、これを降伏点として検出してしまうおそれがあ
り、測定精度の信頼性が低いという問題がある。さら
に、後者の方法では、予め荷重領域を設定する作業が必
要になり、作業が面倒であるとともに、的確な領域設定
がなされない場合には降伏点の検出自体が困難になって
しまうおそれがある。また、荷重−伸び特性が未知であ
る材料では、予め的確な荷重領域を設定することは困難
であるので、試行錯誤により荷重領域を確認しなければ
ならず、作業量が大幅に増大する問題点がある。

【０００４】さらに、上記したいずれの方法も、降伏点
が明瞭に出現しないような材料では、降伏現象の確認が
困難であり、降伏点の検出に失敗したのか、材料の性質
により降伏点を検出できなかったのかを判断することが
できないという問題点もあり、結局は、荷重ー伸び曲線
を人間が視認して、経験に基づいて最終的な判断をせざ
るを得ず、熟練した作業者が必要になる。また、引張試
験装置の引張速度を調整する場合にも、機械的な降伏点
の検出では信頼性が低く、正確な状態を把握して制御す
ることが困難であり、やはり荷重ー伸び曲線を視認し
て、経験のある作業者が状態を判断しつつ速度調整を行
う必要があり、作業が面倒であるという問題点もある。
この発明は上記事情を背景としてなされたものであり、
熟練者によることなく降伏点を正確かつ容易に検出する
ことができ、また引張速度調整なども確実かつ容易に行
うことができる引張試験における降伏点の検出方法およ
び引張試験装置を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本願発明のうち第１の発明は、試験材料の引張試験
において、継続して荷重および時間を測定して時間差を
有する荷重間で逐次応力増加率を算出し、試験初期の逐
次応力増加率を基準応力増加率に定めて、逐次応力増加
率と前記基準応力増加率とを継続して比較し、逐次応力
増加率が、基準応力増加率からさらに許容基準下限域を
超えて下回った場合に、その時点を降伏現象開始時点と
するとともに、基準応力増加率をその逐次応力増加率で
置換し、降伏現象開始後に、逐次応力増加率が基準増加
率からさらに許容降伏上限域を超えた場合に、降伏領域
通過判定を行い、前記降伏現象開始から降伏領域通過判
定に至るまでに逐次応力増加率の算出に使用した測定荷
重のピークを降伏点とすることを特徴とする。

【０００６】第２の発明は、第１の発明において、降伏
現象開始時点前に、逐次応力増加率が、基準応力増加率
からさらに許容基準上限域を超えた場合に、基準応力増
加率をこの逐次応力増加率で置換し、また、降伏現象開
始後であって降伏領域通過判定前に、逐次応力増加率
が、基準応力増加率よりもさらに許容降伏領域下限域を
超えて下回った場合に、基準応力増加率をこの逐次応力
増加率で置換することを特徴とする。

【０００７】また、第３の発明は、試験材料をチャック
で固定して引張試験を行う引張試験装置において、荷重
測定部と計時部とを有し、さらに、この荷重測定部によ
る荷重データを計測時間に従って少なくとも一時保持す
る荷重データ記憶部と、逐次応力増加率を算出する演算
部と、応力増加率を少なくとも一時保持する応力増加率
記憶部と、降伏現象開始および降伏領域通過判定をおこ
なう中央処理装置と、中央処理装置からの指令により引
張速度調整装置に速度制御信号を与える速度制御部とを
有することを特徴とする。

【０００８】なお、荷重の継続した測定は、連続的に行
う他に、一定時間間隔毎に測定する方法であってもよ
く、例えば、数分の一秒毎に行う。また、応力増加率の
算出における荷重間の時間差も適宜選定できるが、あま
りに短い間隔で行うと誤差などによる一時的な変動の影
響を受けやすく、また、長い間隔で行うと応力増加率の
変化を的確に把握できないので、これらを勘案して定め
る。例えば、数秒間隔の荷重を用いて算出する。さら
に、初期の逐次応力増加率を基準応力増加率に定める場
合には、始動時の乱れなど防ぐために、始動から所定時
間後の応力増加率を使用することも可能であり、さらに
は、例えば予測される引張強さ荷重を基準として、この
荷重の１２０〜１５０％の荷重レンジ（仮称）の１０％
到達後に、基準応力増加率を定めることも可能である。
これによりチャックでのすべりによる荷重低下の影響を
排除できる。なお、この数値は厳格なものではないの
で、正確な引張強さ荷重を予め認識していることが必須
とされるものではなく、おおよそのものであってよい。
また、上記における許容基準下限域、上限域や許容降伏
領域下限域、上限域は、例えば、基準応力増加率に対す
るパーセンテージで表現することができ、荷重測定値精
度などを考慮して定めることができる。

【０００９】

【作用】すなわち、本願発明のうち、第１の発明によれ
ば、基準応力増加率と逐次応力増加率とを比較し、さら
に許容基準下限域を設定したので、瞬間的な荷重の低下
や逐次応力増加率の変動誤差を排除することができ、ま
た、伸びを要素としないので、伸び計の精度などにも左
右されることがなく、降伏現象の開始を正確に把握する
ことができる。降伏現象検出開始後には、新たな基準応
力増加率と逐次応力増加率とを比較し、さらに許容降伏
領域上限域を設定したので、ピーク値が存在しない場合
にも、その試験材料が降伏点を明瞭に出現させない材料
であることが、正確かつ容易に判明する。そして、降伏
点の検出は、上記した降伏領域で応力増加率の算出に使
用した測定荷重を対象とするので、降伏点を外すことな
く狭い範囲で荷重の判定が可能となり、正確さが増し、
しかも容易に降伏点を検出することができる。また、

【００１０】また、第２の発明によれば、チャックのす
べりなどによる影響を排除でき、安定した引張時の逐次
応力増加率を基準応力増加率に定めることができる。降
伏点検出後は、明瞭な降伏点を出現させる材料で生じる
降伏伸びに対応した基準応力増加率を定めることがで
き、降伏領域の通過を正確に判定することができる。ま
た、第３の発明によれば、荷重測定部、計時部および演
算部を用いて逐次応力増加率が算出され、中央処理装置
で、この逐次応力増加率と所定の基準応力増加率とを比
較することにより降伏現象開始および降伏領域通過判定
が正確になされる。さらに中央処理装置ではこれら判定
に基づいて、引張状況に最適な速度で引張を行うことが
できるように指令を発することができ、速度制御部の作
用により引張速度調整部を的確に制御することができ
る。

【００１１】

【実施例】以下に、本発明の実施例に用いる引張試験装
置を説明する。ベース１上の荷重受け台２上面に、所定
間隔をおいて２本の筒状ロッド３、３が立設されてお
り、このロッド３、３内に、ベース１で支持された内ロ
ッド４、４が貫通、配置されている。上記ロッド３には
上部クロスヘッド５が固定されており、内ロッド４には
下部クロスヘッド６が取り付けられている。なお、下部
クロスヘッド６は、図示しない駆動手段により内ロッド
４、４に沿って上下に移動可能とされている。試験材料
７は、上部クロスヘッド５および下部クロスヘッド６に
それぞれ対向して設けられたチャック８、９で固定され
ている。

【００１２】また、ベース１内には、荷重受け台２から
の荷重を測定する荷重測定部１０が内蔵されており、ま
た、駆動手段からの駆動力を受けて下部クロスヘッド６
の移動速度を調整する油圧バルブ（速度調整部）１１が
内蔵されている。上記荷重測定部１０には、測定部１０
からの荷重データを受けてこれを記憶する荷重データ記
憶部１２が接続されており、図示しない駆動手段には、
引張開始後の時間を計測するタイマ（計時部）１３が接
続されている。上記荷重データ記録部１２およびタイマ
１３は、応力増加率を算出する演算部１４に接続されて
おり、演算部１４は、応力増加率記憶部１５と、中央処
理装置１６とに接続されている。なお、中央処理装置１
６には、前記応力増加率記憶部１５が接続されている。
さらに、中央処理装置１６は、速度制御部１７、ＣＲＴ
からなる表示部１８、プリンタ１９、ＦＤＤまたはＨＤ
Ｄからなる記録装置２０に接続されており、制御部１７
は、油圧バルブ１１の電磁弁に接続されている。

【００１３】次に、この引張装置の作用について、図
２、図３のフローチャートおよび図４のグラフを用いな
がら説明する。まず、装置の制御における条件設定を降
伏点の検出動作開始（ステップＰ１）と同時に行う。こ
の設定では、荷重の測定時間間隔を０．３秒、応力増加
率の算出に用いる荷重間の時間差ΔＴを３秒に設定し、
さらに試験材料の断面積Ａを得ておく。また、初期基準
応力増加率の算出時期を１５％荷重レンジに達した時と
し、目標応力増加率を２kg/mm²/secとする。さらに、降
伏現象検出前に、基準応力増加率を置き換える条件であ
る許容基準上限域を基準応力増加率に対する１１０％以
下の範囲とし、降伏現象の検出に用いる許容基準下限域
は、基準応力増加率に対し３０％以上の範囲とする。
基準応力増加率の増加置き換えは、試験初期には安定す
るまで応力増加率を増加させる状態を考慮したものであ
り、１０％以内は誤差範囲とする。

【００１４】また降伏現象検出後に、基準応力増加率を
逐次応力増加率で置換する場合に、逐次応力増加率が
０．３Kg/mm²を超えるときは、そのまま逐次応力増加率
で置換し、０．３kg/mm²以下のときは、基準応力増加率
を０．３kg/mm²に設定する。０．３kg/mm²を基準とした
のは、降伏現象開始近辺では、逐次応力増加率は徐々に
減少し、一般に明瞭な降伏点を示す材料では−０．１〜
０．２kg/mm²の横ばいの値を示し、明瞭な降伏点を示さ
ない材料では０〜０．２kg/mm²の値を示すが、測定精度
を考慮して上記数値を基準とした。そして、逐次応力増
加率が０．３kg/mm²以下のときは、その数値が小さいた
めに、僅かな変動でも比較した比率は大きくなるので、
その影響を除くために、０．３kg/mm²以下の場合は一定
値とした。なお、この置換は、逐次応力増加率の値に依
存する設定であり、逐次応力増加率に従って逐次応力増
加率で置換したものである。

【００１５】そして、許容降伏領域下限域は、基準応力
増加率の９０％以上の範囲とし、降伏領域通過判定に使
用する許容降伏領域上限域は、基準応力増加率の１５０
％以下の範囲とする。基準応力増加率の減少置換は、降
伏伸び状態でさらに応力増加率が減少することを考慮し
たものであり、１０％は誤差範囲とする。また、降伏領
域通過判定では、下降伏点や測定精度の影響を受けない
ように上記許容降伏領域上限域を定めた。なお、上記初
期設定は、降伏点検出作業毎に行う他に、予め記録装置
などに登録してある設定条件を呼出してそのまま使用す
ることも可能である。

【００１６】次に装置を作動させて、図示しない駆動手
段により下部クロスヘッド６を下降させて試験材料７に
引張力を与える。試験材料に与えられた荷重は、ロッド
３から荷重受け台２、荷重測定部１０へと伝えられる。
荷重測定部１０では、応力増加率Ｚｉ算出サブルーチン
（ステップＳ１）に従って、タイマ１３からのデータに
より０．３秒間隔で荷重Ｐｉが測定され（ステップＳＰ
１）、そのデータは荷重データ記憶部１２に記憶される
（ステップＳＰ２）。演算部１４では、荷重データと１
５％荷重レンジとを比較し（ステップＳＰ３）、荷重デ
ータが１５％荷重レンジを超えるまで、荷重測定、デー
タ比較を繰り返し行う。荷重データが１５％荷重レンジ
に達した場合に、現在と３秒前の荷重データを荷重デー
タ記録部１２から読込み（ステップＳＰ４）、その差を
ΔＰとして、以下の式で逐次応力増加率Ｚｉを算出し
（ステップＳＰ５）、そのデータを応力増加率記憶部１
５に記録し（ステップＳＰ６）、表示部１８に表示させ
る（ステップＳＰ７）。Ｚｉ＝ΔＰ／（ΔＴ×Ａ）（kg/mm²/sec)

【００１７】この応力増加率の値は、初期の基準応力増
加率Ｚｓとして設定される（ステップＰ２）。なお、そ
の値は、１〜３kg/mm²/secの範囲内であった。その後は
引続き、逐次応力増加率の算出を行い（ステップＳ
２）、基準応力増加率と比較する（ステップＰ４）。そ
の結果、逐次応力増加率が許容基準上限域（１１０％Ｚ
ｓ）を超える場合には、そのときの逐次応力増加率で基
準応力増加率を置換し（ステップＰ２へ）、さらに逐次
応力増加率の算出を行う。また、逐次応力増加率が許容
基準上限域（１１０％Ｚｓ）以内で、かつ許容基準下限
域（３０％Ｚｓ）以内の場合は逐次応力増加率の算出を
繰り返し行う（ステップＳ２へ）。このとき、逐次応力増加率が目標応力増加率（２kg/mm²
/sec）を超えたら、中央処理装置から速度制御部１７へ
と指令を発し、油圧バルブ１１の開放量を保持するよう
に制御する（ステップＰ３）。

【００１８】そして、逐次応力増加率が許容基準下限域
（３０％Ｚｓ）を下回った場合には、降伏現象開始を検
出したものとし、降伏点検出を行い、降伏現象開始時か
ら３秒前の荷重データのすべてを荷重データ記憶部１２
から読みだして、連続する３つの荷重を比較して、Ｐi-
2≧Ｐi-1≧Ｐiの条件が満足される場合に、Ｐi-2をピー
クと判定する。なお、Ｐi-2、Ｐi-1は、それぞれＰi測
定に対し、２回前、１回前に測定した荷重データであ
る。さらに、降伏現象開始を検出した際には、ブザー、
ランプなどの告知手段によって測定者に知らせることも
可能である。

【００１９】降伏現象開始後は、基準応力増加率を降伏
現象検出時の逐次応力増加率で置換し（ステップＰ
６）、引続き逐次応力増加率Ｚｉの算出を行う（ステッ
プＳ３）。そして、前記と同様に、現測定から２回前ま
での測定荷重を荷重データ記憶部１２から読みだして降
伏点の検出を行う（ステップＰ７）。次に逐次応力増加率Ｚｉの算出の結果、ステップＰ８で
は、Ｚｉが０．３kg/mm²/sec以下である場合には、Ｚｓ
を０．３kg/mm²/secに設定して、Ｚｉの算出を繰返し行
い（ステップＳ３へ）、Ｚｉが０．３kg/mm²/secを超え
ている場合には、そのままＺｉとＺｓを比較し（ステッ
プＰ９）、Ｚｉが許容降伏領域下限域（９０％Ｚｓ）以
内のときに、ＺｓをそのＺｉで置換して（ステップＰ５
へ）、Ｚｉの算出を繰り返す。また、Ｚｉが０．３kg/m
m²/secを超え、しかも、Ｚｉが許容降伏上限域（１５０
％Ｚｓ）を超えているときは、降伏領域通過検出がされ
たものとする。

【００２０】なお、降伏現象開始から降伏領域通過に至
る間に、荷重比較による降伏点検出がなされなかった場
合には、降伏点不明瞭の判定を行う。その後は、フロー
チャートには示さないが、測定荷重を監視し、２回前測
定から現測定に至る荷重データが、降伏点検出と同様の
条件を満たす場合には、２回前測定の荷重を引張強さ荷
重として識別する。

【００２１】試験終了後は、それまでに得られた荷重デ
ータ、応力増加率データ、ピーク値などを試験開始後の
時間とともに、プリンタ１９に出力し、さらに記録装置
２０に保存する。図４は、試験終了後に、プリンタで打
ち出した荷重−時間グラフであるが、試験中に時間経過
とともに、打ち出すことも可能である。なお、得られた
降伏点を、同一材料を従来の指針の読取りによって精査
した場合と比較すると、その数値は致しており、降伏点
が正確に検出されていた。しかも、降伏点は、試験中に
ほぼリアルタイムで、表示部にデジタル表示され、測定
者の技能に左右されることはなかった。また、チャック
のすべりによる一時的な荷重低下に対しても、これを降
伏点として誤認識することはなかった。

【００２２】

【発明の効果】以上説明したように、本願発明の降伏点
の検出方法によれば、逐次応力増加率を用いて、これを
基準応力増加率とを継続して比較することにより、降伏
現象開始および降伏領域通過判定を行うものとしたの
で、熟練の作業者が必要とされることなく、また、装置
の伸び測定精度やチャックでのすべりによる影響を排除
でき、降伏点を正確かつ容易に検出することができる。
しかも、引張試験中に降伏点の検出をリアルタイムに知
ることができる。また、本願発明の引張試験装置によれ
ば、降伏点の検出が正確かつリアルタイムになされるの
で、試験材料の状態に応じて、的確に引張制御を行うこ
とが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例の引張装置の概略図である。

【図２】実施例の降伏点検出方法を示すフローチャート
である。

【図３】同じく応力増加率算出手順を示すフローチャー
トである。

【図４】引張試験によって得られた応力増加率−時間グ
ラフである。

【符号の説明】

７試験材料８チャック９チャック１０荷重測定部１１油圧バルブ１２荷重データ記憶部１３タイマ１４演算部１５応力増加率記憶部１６中央処理装置１７速度制御部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】試験材料の引張試験において、継続して
荷重および時間を測定し、時間差を有する荷重間で逐次
応力増加率を継続して算出し、試験初期の逐次応力増加
率を基準応力増加率に定めて、逐次応力増加率と前記基
準応力増加率とを継続して比較し、逐次応力増加率が、
基準応力増加率からさらに許容基準下限域を超えて下回
った場合に、その時点を降伏現象開始時点とするととも
に、基準応力増加率を逐次応力増加率で置換し、降伏現
象開始後に、逐次応力増加率が基準増加率からさらに許
容降伏上限域を超えた場合に、降伏領域通過判定を行
い、前記降伏現象開始から降伏領域通過判定に至るまで
に逐次応力増加率の算出に使用した測定荷重のピークを
降伏点とすることを特徴とする引張試験における降伏点
の検出方法
【請求項２】降伏現象開始前に、逐次応力増加率が、
基準応力増加率からさらに許容基準上限域を超えた場合
に、基準応力増加率をこの逐次応力増加率で置換し、ま
た、降伏現象開始後であって降伏領域通過判定前に、逐
次応力増加率が、基準応力増加率よりもさらに許容降伏
領域下限域を超えて下回った場合に、基準応力増加率を
この逐次応力増加率で置換することを特徴とする請求項
１記載の引張試験における降伏点の検出方法
【請求項３】試験材料をチャックで固定して引張試験
を行う引張試験装置において、荷重測定部と計時部とを
有し、さらに、この荷重測定部による荷重データを計測
時間に従って少なくとも一時保持する荷重データ記憶部
と、逐次応力増加率を算出する演算部と、応力増加率を
少なくとも一時保持する応力増加率記憶部と、降伏現象
開始および降伏領域通過判定をおこなう中央処理装置
と、中央処理装置からの指令により引張速度調整装置に
速度制御信号を与える速度制御部とを有することを特徴
とする引張試験装置