ASTM E23：金属衝撃試験

ASTM E23の紹介

ASTM E23は、金属および合金の衝撃強さを測定するためにASTMインターナショナルが開発した世界標準規格です。シャルピー衝撃試験またはアイゾット衝撃試験の規格であるASTM E23は、突発的な荷重や衝撃状況における材料の挙動を測定するために必要な手順、装置、試験片のサイズを規定しています。

衝撃試験は、金属の靭性、すなわち衝撃応力下でエネルギーを吸収し破壊に抵抗する能力を定量化します。これは、衝撃、落下、その他のひずみ事故などの実際の条件下で材料の性能を評価する際に使用される貴重な材料特性です。衝撃によって金属が脆く破壊されると、その金属は構造用、自動車用、航空宇宙用、重機械用として不適当となる可能性があるため、ASTM E23は材料特性評価において極めて重要な役割を果たします。

ASTM E23の利点

ASTM E23にはいくつかの利点があり、金属加工とエンジニアリングにおける標準となっています：

1.標準化：この規格では、正確な試験片サイズ、ノッチ形状、試験手順が規定されているため、世界中の試験所間で結果の一貫性と再現性を保つことができます。

2.汎用性：鋼、アルミニウム合金、銅合金、特殊用途材料など、さまざまな金属や合金に広く適用される。

3.材料の選択：衝撃靭性試験により、技術者は、特に圧力容器、橋梁、自動車部品のような安全性が重要な用途において、要求される安全性と性能を備えた適切な金属を選択することができます。

4.信頼性と安全性：衝撃試験により、脆い材料や突然破壊する材料を排除し、使用中の壊滅的な状況下での破壊を防止します。

5.設計とシミュレーションデータ：測定された吸収エネルギーは、計算モデリングや構造シミュレーションの入力データとなります。

例橋梁の支持構造の設計では、鋼材サンプルのASTM E23試験により、選択した合金が自然力、例えば落下物や自動車事故などによる突発的な力の衝撃に耐える能力を持っているかどうかを判断することができ、悪条件下でも構造物が安全であり続けるようにすることができる。

ASTM E23の手順

ASTM E23規格は、衝撃靭性の正確で再現性のある測定を行うための段階的なプロセスを規定しています。主な手順は以下の通りです：

1.試験片の準備：

典型的な試験片は、通常V字型またはU字型の切欠き加工を施した角棒です。

寸法、切り欠きの深さ、および位置合わせは、ばらつきを抑えるために正確に制御されます。

2.試験装置：

試験片は振り子式衝撃試験機に入れられる。振り子式衝撃試験機は、既知の質量で既知の速度で試験片を打つ装置である。

振り子は既知の高さから放たれ、衝突時に試験片にエネルギーを与える。

3.衝撃試験の実施

振り子が試験片の切り欠き部分に衝突し、試験片は破断する。

試験片が吸収したエネルギーは、通常フィートポンド（ft-lb）またはジュール（J）で測定される。

4.データの解釈

吸収エネルギーは材料の靭性の指標となる。エネルギー吸収量が多いほど延性金属であり、脆性破壊に抵抗する能力があることを示し、エネルギー吸収量が少ないほど脆性であることを示す。

一般に、延性破壊か脆性破壊かを判定するために破壊面を調べる。

5.結果の報告

ASTM E23は、試験温度、吸収エネルギー、ノッチの種類、試験片の大きさをどのように報告するかを規定した規格であるため、結果の報告は優れたコミュニケーションツールとなる。

事例オフショアプラットフォームで使用される鋼合金は、ASTM E23に準拠した氷点下試験を受けます。ASTM E23は延性脆性遷移温度を規定しており、これは冷たい海域での安全性を確保するために不可欠です。

金属と合金におけるASTM E23の用途

ASTM E23は、衝撃荷重下での材料性能を検証するために多くの業界で使用されています：

-建築：建築：構造用鋼は、偶発的な衝撃や落下物による衝撃荷重に耐えるための靭性試験を受ける。

-自動車：自動車：衝突安全性と乗員の安全性を向上させるために、エンジン部品、シャシーユニット、衝突構造物の衝撃試験が行われる。

-航空宇宙：航空宇宙：航空機用合金は、過酷な使用条件に耐える低温靭性試験が行われる。

-石油・ガス：パイプライン鋼や圧力容器の試験を通じて、高圧での脆性破壊を回避している。

-品質管理：製造業者はASTM E23を適用し、出荷前に材料が仕様を満たしていることを確認するためにバッチの一貫性をチェックします。

データ例データ例：-20℃で試験された4140鋼片は25Jのエネルギーを吸収し、寒冷地での構造用途に適した延性特性を示すが、4340鋼合金は同じ試験条件で10Jしか吸収せず、脆性破壊のリスクが高いことを示す。

様々な種類の衝撃試験技術

ASTM E23は、異なる評価要件に適合するために、様々な技術を提供しています：

1.シャルピー衝撃試験：

1.シャルピー衝撃試験：最も一般的な方法で、振り子方向に切り欠きのある水平支持棒を用いる。

破断時に吸収されるエネルギーを試験し、靭性を直接測定する。

2.アイゾット衝撃試験：

試験片を垂直に支持し、振り子がその一端に当たる。

金属にはあまり用いられないが、プラスチックやポリマー-金属合金には適用できる。

3.温度別試験：

延性脆性遷移温度（DBTT）を求めるため、試験片をさまざまな温度（一般的には氷点下）で前処理する。

極寒または極低温で材料を使用する場合に必要となる。

4.計装化振り子試験：

衝撃時の力を時間の関数として測定し、より定量的な破壊力学データ（開始エネルギー、伝播エネルギーなど）を得るための高度な装置。

結論

ASTM E23は、金属および合金の衝撃靭性を試験するための再現可能な標準方法です。金属が予期せぬ荷重に対してどのようにエネルギーを保持するのかを学ぶことで、製造業者やエンジニアは脆性的に破壊しない材料を選択し、最大限の安全性を与え、最も効率的に製品寿命を最大化することができます。自動車や建築用途から航空宇宙、石油・ガスライン用途に至るまで、ASTM E23は適合すべき高性能レベルの材料を提供する重要なツールであり続けています。正確な手順、慎重な報告、経験豊富な技術を組み合わせることにより、ASTM E23は、より安全で長持ちする金属部品を設計する技術者を教育し続けています。