材料試験

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破壊靭性試験

破壊靭性試験の概要

鉄鋼、各種非鉄金属、樹脂・複合材料、接着体などの材料の破壊靭性試験と構造物の健全性に関する評価に関し、破壊力学に基づく最新技術を保有し、試験・解析・評価を実施しています。
破壊靭性のエキスパートが、お客様のニーズに合った試験方法をご提案し、解析評価いたします。

実施可能な試験例

材料のき裂からの破壊しやすさを評価する各種の試験に対応いたします。

区分 試験名 主な規格
線形弾性破壊靭性試験 KIc(Kc,KJc)試験 ASTM E399, ASTM E1921, ISO 12135, BS 7448
弾塑性破壊靭性試験 JIc(Jc)試験 ISO 12135, ISO 15653, ASTM E1820, ASTM E1921
CTOD試験 ISO 12135, ASTM E1820, WES 1108, WES 1109, BS 7448
応力腐食割れ試験 KISCC(KIEAC,KEAC)試験 NACE TM0177 Method D,ASTM E1681
HG-SCC試験 HG-SCC
高速破壊靭性評価 計装化シャルピー衝撃試験 ISO 14556,JIS B 7755
樹脂・複合材料・接着体の破壊靭性試験 樹脂材料の破壊靭性試験 ASTM D5045,ISO 13586
層間剥離破壊靭性試験(DCB,ENF,MMB) JIS K 7086,ASTM D5528,ASTM D7905,ASTM D6671,ISO 15024,ISO 15114
接着体のモードⅠ破壊靭性試験 ASTM D3433
大型破壊靭性試験 広幅引張試験 WES鋼種認定試験方法,学協会共同研究資料,関連文献
ディープノッチ試験 WES鋼種認定試験方法
ESSO試験 WES 2815,ISO 14556
大型落錘試験 DWTT試験 API 5L3,ASTM E436
構造健全性評価 WES2805,WES2808,BS7910

線形弾性破壊靭性(KIc)試験

線形弾性破壊力学に基づく破壊靭性値の測定

疲労予き裂が存在する試験片を用いて、き裂が不安定成長する限界の応力拡大係数(KIc)やマスターカーブ法における参照温度(T0)を求める試験です。

試験片形状、試験条件等

試験片形状 コンパクト(CT)試験片(0.16TCT(W=8 mm)~4TCT(W=203 mm))3点曲げ(SENB)試験片
試験温度 -196℃~100℃
試験機荷重 10N ~2,000kN
試験速度 静的試験 K =0.55~2.75 (MPa√m/s)
高速試験 K >2.75 MPa√m/s (詳細はご相談ください)
対応規格 ASTM E399, ASTM E1921, ISO 12135, BS 7448
4TCT を用いた低温破壊靭性試験写真
4TCTを用いた低温破壊靭性(KIc)試験の様子
  • 0.16TC(T)試験片写真
    0.16TC(T)試験片
  • 板厚5mm3点曲げ試験片写真
    板厚5mm3点曲げ試験片

線形弾性破壊靭性(KIc)試験の事例

高速破壊靭性試験

近年、応力拡大係数の増加速度(K)が100MPa√m/s 以上の超高速破壊靭性試験のニーズが高まっており、当社では、高速度カメラにより開口変位量を計測することで、ASTM E399 A10 法の要求事項を満たす試験が可能になりました。

荷重−開口変位線図
高速破壊靭性試験時の荷重−開口変位線図

高速破壊靭性試験の事例

弾塑性破壊靭性(JIc 、CTOD)試験

弾塑性破壊力学に基づく破壊靭性値の測定

KIc 試験同様、疲労予き裂が存在する試験片を用い、き裂先端の塑性変形が無視できない(小規模降伏条件を満足しない)破壊形態を示す場合の破壊靭性値を求める試験です。 KIc 試験に比べ、試験片の寸法の制約が緩いことから、比較的小さな試験片を用いて破壊靭性値を求めることができます。

破壊靭性試験写真
破壊靭性(JIc)試験

JIc試験

ASTM E1820 やISO 12135 に準拠して、 JIc値やKJIc値、J-R 曲線を求めます。

  • 試験状況写真
    試験状況
  • 荷重- 開口変位線グラフ
    荷重- 開口変位線図

JIc試験の事例

CTOD(Crack tip opening displacement)試験

CTOD試験は、 KIc試験やJIc試験同様、き裂を有する材料の破壊靭性を求める試験の一つであり、不安定破壊が発生する限界をき裂先端開口変位で定義するものです。

試験規格

ISO 12135 Metallic materials - Unified method of test for the determination of quasistatic fracture toughness
ISO 15653 Metallic materials - Method of test for the determination of quasistatic fracture toughness of welds
ASTM E1820 Standard Test Method for Measurement of Fracture Toughness
BS 7448 Fracture mechanics toughness tests
WES 1108 き裂先端開口変位(CTOD)試験方法
CTOD試験状況写真
CTOD 試験状況例

CTOD(Crack Tip Opening Displacement)試験

CTOD試験の事例

応力腐食割れ(KISCC)試験

腐食環境中におけるき裂進展限界

予き裂を有する試験片を腐食環境に浸漬し、き裂が進展する限界応力拡大係数(KISCC、 KIEAC、 KEAC)を求める試験です。NACE TM0177 Method D や ASTM E1681 に準拠し、DCB試験片や WOL試験片を用いた試験が可能です。腐食環境や試験温度については、ご相談ください。

DCB 試験片図
DCB試験片形例

応力腐食割れ(SCC)試験

車載用圧縮水素容器材料の応力腐食割れ試験

水素燃料電池自動車などに搭載されるアルミニウム合金製圧縮水素容器は、水素ガスに不純物として含まれる水分により、水素脆化を起こす場合があると考えられています。一般社団法人日本高圧力技術協会により制定された HG-SCC試験法規格に対応した試験を実施いたします。

  • 試験写真
    耐水素応力腐食割れ試験
  • 槽内写真
    槽内
  • 槽内(拡大)写真
    槽内(拡大)

HG-SCC試験の事例

高速破壊靭性評価

計装化シャルピー衝撃試験の概要

ストライカー(衝撃刃)に半導体歪ゲージを埋め込んだハンマーを用いてシャルピー衝撃試験を行い、衝撃荷重-変位線図を求めます。得られた曲線から、全衝撃エネルギー、き裂発生時エネルギー等を求め、高速破壊挙動を解析します。

概略図
試験概略図

試験仕様

試験機 容量 最大衝撃エネルギー500J
(~800Jについては、ご相談ください。)
ハンマー衝撃刃形状 刃先R2mm、刃先角度30°、刃幅16mm
ハンマー持上げ角度 138°
試験片 0×10×55mm(VノッチまたはUノッチ)
試験温度 −150℃~+ 300℃
対応規格 ISO 14556,JIS B 7755

試験結果例

衝撃荷重−変位曲線例
衝撃荷重−変位曲線例(980MPa 鋼(左)、590MPa 鋼(右))

計装化シャルピー衝撃試験の事例

シャルピー衝撃試験

樹脂・複合材料・接着体の破壊靭性試験

樹脂材料の破壊靭性試験(ASTM D5045、ISO 13586)

3 点曲げ試験片を用いて、樹脂材料の線形破壊力学的手法による破壊靭性(KIc)及びひずみエネルギー解放率(GIc)を求めます。KIcおよびGIcの有効性判定に必要な引張特性データの取得も可能です。

樹脂材料の破壊靭性試験の事例

複合材料の層間剥離破壊靭性試験

樹脂複合材料(CFRP: Carbon Fiber Reinforced Plastic) の層間剥離の発生およびき裂進展に対する抵抗値である破壊靭性(GC、GR)を求めます。開口型(モードⅠ)、縦せん断型(モードⅡ)およびそれらの混合型に対する破壊靭性の測定が可能です。

複合材料の破壊靭性試験の事例

モードⅠ層間剥離破壊靭性試験写真
モードⅠ層間剥離破壊靭性試験

各種層間剥離破壊靭性試験法と規格

剥離モード 試験法 規格
JIS ASTM ISO
モードⅠ DCB(Double Cantilever Beam)法 JIS K 7086 ASTM D5528 ISO 15024
モードⅡ ENF(End Notched Flexure)法 JIS K 7086 ASTM D7905 ISO 15114
モードⅠ・Ⅱ MMB(Mixed-Mode Bending)法 ASTM D6671

接着体のモードⅠ破壊靭性試験(ASTM D3433)

接着強度の測定方法には、ラップシェア試験、ピール試験等がありますが、モードⅠの荷重を付与した際の接着部のき裂進展を測定することにより、き裂進展およびき裂停止時の破壊靭性(ひずみエネルギー解放率(GIc、 GIa))を求めることができます。

接着体の破壊靭性試験の事例

DCB 試験片写真
接着強度測定用形状調整型DCB 試験片例

大型破壊靭性試験

試験・評価技術 適用試験規格 試験実施例
広幅引張試験 WES鋼種認定試験方法
学協会共同研究資料
関連文献
極厚造船用鋼板、9%Ni鋼板
ディープノッチ試験 WES鋼種認定試験方法 造船用鋼板
ESSO試験 WES 2815,ISO 14556 造船用鋼板

大型破壊靭性試験の事例

大型落錘試験

120kJ DWTT 試験(破壊伝播評価試験)

極厚鋼材の落重試験(破壊伝播評価試験)が可能です!

落錐を自然落下させ、下部支持台にセットした試験片に打撃を与えて破断させ、破断に要したエネルギー値を求めたり、破断面観察により延性破面と脆性破面の破面率を求めて破壊伝播評価を行う落錐式のDWTT(Drop Weight Tear Test)試験機です。

120kJ DWTT試験機の仕様

形式 落錘式(重錘の自然落下方式)
容量 最大衝撃エネルギー120kJ
重錘重量 55.9kN
錘衝突速度 6.5m/s ・・・速度センサーによる実測データを表示
錘落下高さ 2.2m
対象試験片 板厚(19~45mm)×305mm×76mm (プレスノッチ、シェブロンノッチ加工可)
試験温度 -80~+80℃
適用試験規格 API 5L3,ASTM E436

DWTT試験(破壊伝播評価試験)の事例

試験機写真
120kJ DWTT 試験機
グラフ
破断時の荷重-変位曲線

構造健全性評価

  • WES2805 : 溶接継手の脆性破壊発生及び疲労き裂進展に対する欠陥の評価方法
  • WES2808 : 動的繰返し大変形を受ける溶接構造物の脆性破壊性能評価方法
  • BS7910 : Guide to Methods for Assessing the Acceptability of Flaws in Metallic Structures

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