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ASTM E399：金属および合金の靭性評価
破壊靭性とは
破壊靭性とは、材料が既存の亀裂の進展に抵抗する能力のことです。材料を変形させるのに必要な力を決定する引張強さとは異なり、破壊靭性は、材料が既に欠陥や亀裂を含んでいる場合の材料の応答に関するものです。
実用的に言えば、高い破壊靭性により、金属や合金は致命的な破壊を起こすことなく、使用応力に耐えることができます。この特性は、航空機、橋梁、圧力容器など、破壊が重大な結果をもたらす構造用途において特に重要です。一方、破壊靭性が低いと、材料が脆性破壊を起こしやすくなります。脆性破壊は、変形をほとんど伴わずに突然発生する可能性があります。
ASTM E399とは
目的と目標
ASTM E399は、金属の平面ひずみ間破壊靭性（K_IC）を測定することを目的としています。平面ひずみ条件は、き裂先端に曲げ制御条件ではなく、引張制御応力条件が存在するような厚い試験片を使用することによって達成されます。この規格は、設計、材料選択、品質管理に必要な再現性のある比較可能な結果を提供します。
試験手順
ASTM E399試験は、再現性と精度を得るためにいくつかの重要な手順を必要とします：
1.試験片の準備：
試料を所望の寸法に加工し、疲労プレクラックを作成する。これにより、き裂の発生と応力分布の均一性が再現可能になります。
2.負荷：
試験片は、機械的試験装置で負荷を受け、制御された増加荷重を受けます。試験は通常、き裂の発生を正確に検出できるような変位制御条件下で実施される。
3.測定と計算：
き裂が進展し始めたら、臨界荷重を記録する。平面ひずみ破壊靭性(K_IC)は、印加荷重と試験片形状から標準式を用いて計算される。
金属および合金への応用
ASTM E399は、金属部品が応力を受けた際に亀裂の進展に抵抗することが要求される金属分野で広く応用されています。例えば、以下のようなものがあります：
- 航空宇宙航空宇宙：タービンブレード、機体、着陸装置材料の破壊靭性試験の実施。
- 自動車エンジンブロック、シャーシ、サスペンション部品の靭性試験の実施
- 建設およびインフラ：鋼鉄の梁、パイプ、構造用合金が条件下で完全性を失うのを避ける。
- エネルギー・原子力産業原子炉、圧力容器、パイプラインの金属について、破壊を防止するための試験を実施。
ASTM E399は正確な破壊靭性データを提供することで、技術者が合金を正しく選択し、最適な設計を行い、安全性を確保することを可能にします。
靭性に影響を与える要因
金属や合金の破壊靭性の測定値に影響を与える要因はいくつかあります：
- 微細構造：微細構造：結晶粒径、相分布、介在物などの微細構 造の寸法は、靭性を上下させる大きな可能性を持 つ。結晶粒が小さく、等軸であれば、き裂進 展に対する抵抗が大きくなります。
- 温度：すべての金属は低温で脆くなり、K_IC 値を低下させる。温度が高くなると材料も軟化し、耐き裂性が変化する。
- 荷重速度：負荷速度が速いと、材料が塑性変形する時間が短くな るため、見かけの靭性が低下する。
- 試験片の形状：き裂の厚みと長さは平面ひずみ条件に影響し、その変化によってK_ICの測定値が変化します。
試験結果の解析や実際の工学設計にデータを利用するために、これらの変数を学ぶことは重要です。
よくある質問
ASTM E399はどのような目的で使用されるのですか？
ASTM E399は、金属材料の平面ひずみ破壊靭性、すなわち亀裂の進展に対する抵抗能力を測定します。
なぜ金属や合金の破壊靭性が重要なのですか？
破壊靭性は、材料が突然破壊することなく応力に耐えられるかどうかを判断するものであり、高い安全性が要求される用途における安全性と信頼性を保証するものです。
ASTM E399試験はどのように行われるのですか？
試料の予き裂、制御荷重、臨界荷重と試験片形状からのK_ICの決定が行われます。
ASTM E399はどのような産業で日常的に使用されていますか？
ASTM E399は、航空宇宙産業、自動車産業、建設産業、エネルギー産業、原子力産業など、構造物の完全性が最優先される産業で広く使用されています。
試験結果に影響を与える変数にはどのようなものがありますか？
微細構造、温度、荷重速度、試験片の形状はすべて破壊靭性試験に影響します。
Chin Trento
