DKNZ型その場ねじれ試験機

　　　　　DKNZタイプその場ねじれ試験機

企業向け現在、材料ねじれ試験装置とその場監視技術の国内外の発展現状と趨勢は比較的に深い分析を行い、光学顕微イメージング装置と互換性のあるその場ねじれ試験器を開発、生産し、単軸その場ねじれ試験器（図1）と二軸連結その場ねじれ試験器（図5）を含む。

（a）単軸その場ねじれ試験機（b）単軸その場ねじれ試験機の実物図

図1単軸その場ねじれ試験機

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• セラミック材料

• 生体模倣材料

• 複合材料

• 単軸その場ねじれ試験機は、材料の製造、生命科学、航空宇宙、宇宙探査のために正確な技術サポートを提供する。

• 光学顕微鏡撮像装置と互換性のあるコンパクト構造の単軸insituねじれテスタを開発した

• 荷重作用下における材料の微視的変形損傷メカニズムと微視的組織の進化などの特性の動的なその場観測を実現する

• 材料のマクロ力学的挙動とミクロ組織構造の進化法則を深く研究する

• 制御ホスト、専用検出制御システムと付属分析処理ソフトウェアを装備する

• 直流中空カップモータを用いて精密遊星歯車減速箱と精密ウォームホイールウォーム伝動を組み合わせて試験片への動力負荷を実現し、この負荷方式は試験装置が十分なねじれ負荷と広い負荷速度を持つことを保証することができる

• 準静的な方法で試験片のねじれ荷重を実現する

• その場観測時により高品質の画像を取得することで、ミクロ組織構造の観測と分析をより明確かつ正確にすることができる

典型的な材料の一軸その場ねじれ試験曲線を図2に示す、試験材料の表面形態のその場観測画像を図3に示す、一軸その場ねじれ試験の金相組織のその場観測画像を図4に示す。

（e）2 A 12アルミニウム合金ねじれ曲線（f）H 59黄銅ねじれ曲線

（g）2 A 12アルミニウム合金±150°サイクルねじれ曲線（h）2 A 12アルミニウム合金±200°サイクルねじれ曲線

図2典型的な材料一軸のその場ねじれ試験曲線

図2に示すように、4つの材料のトルク−回転角曲線の繰り返し性は非常に良く、その場トルク試験装置が良好な試験繰り返し性を備えていることを示している。この4つの材料はねじれ試験時に異なるねじれ力学的挙動を示し、2 A 12アルミニウムとH 59黄銅、45鋼とQ 235鋼に比べて明らかな降伏現象が現れたが、Q 235鋼の強化現象は明らかではなかった。2 A 12アルミニウムは、破断に近いときに荷重変動が激しくなる他の材料に比べて、材料内部の亀裂の広がりが速くなることを示している。

図3材料（H 59黄銅）の表面形態のその場観測画像

図3に示すように、H 59黄銅のねじれ過程におけるその場観測画像は、その切れ目が相対的に平らで、くびれ現象が発生せず、材料のねじれ破壊の特徴に合致していることがわかる。

図4材料（Q 235鋼）金相組織のその場観測画像

図4に示すように、ねじれ試験中に100倍と200倍拡大した金相組織の観測画像は、800°時の金相画像では、この時結晶粒の大部分がせん断作用下で細条状に破砕され、材料表面が亀裂で覆われ、粒界が判別できなくなり、2000°にねじれた時、材料は破断に近づいたことがわかる。

単軸その場ねじれテスタ技術指標（単軸シリーズNZ 01、NZ 02、NZP 01など）

• 最大荷重力：100 N•m、200 N•m（シリーズ）

• 荷重力解像度：100 mN

• ねじれ角解像度：0.18º

• ねじり荷重量範囲：1500 N•mm

• ねじり荷重解像度：0.1 N•m

• 力測定精度：±1%表示値

• 変位分解能：1μm

• 試験速度範囲：0～6.5/min

• 変位速度精度：±0.5%より優れている（空荷重）

• 速度負荷容量：3 mm/min以下、許容最大試験トルク

• サンプルサイズ：ミリメートル級

（a）商業化二軸連動その場ねじれテスター（b）商業化二軸連動その場ねじれテスターの実物図

図5二軸連動その場ねじれテスタ

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• セラミック材料

• 生体模倣材料

• 複合材料

特徴と利点

• 2軸連動のその場ねじれ試験機は、材料の製造、生命科学、航空宇宙と星間探査に正確な技術サポートを提供する。

• 構造がコンパクトな2軸連動insituねじれテスターを開発し、光学顕微イメージング装置と互換性がある

• 荷重作用下における材料の微視的変形損傷メカニズムと微視的組織の進化などの特性の動的なその場観測を実現する

• 材料のマクロ力学的挙動とミクロ組織構造の進化法則を深く研究する

• 制御ホスト、専用検出制御システムと付属分析処理ソフトウェアを装備する

先進的な設計

• モーターは集積した遊星歯車によって減速した後、さらに2段のウォームホイールウォームの減速、増捻、転向を経て、コンパクトな構造で大荷重を出力することを実現した。

• 準静的な方法で試験片のねじれ荷重を実現する

• その場観測時により高品質の画像を取得することで、ミクロ組織構造の観測と分析をより明確かつ正確にすることができる

2軸連動その場ねじれ試験曲線を図6に示す、試験材料の表面形態のその場観測画像を図7に示す、2軸連動その場ねじれ試験の金相組織のその場観測画像を図8に示す。

図6二軸連動その場ねじれ試験曲線

図6（a）に示すように、6061アルミニウム合金の小角度の予備ねじれ角度延伸試験を行った結果、予備ねじれ角度で延伸試験を行い、小さい塑性変形は延伸力学性能にほとんど影響を与えず、ねじれ角度が30°前後より大きい場合、延伸試験の局所変形段階は角度の増大に伴い早期に出現し、伸び率が低下することが分かった。
図6（b）に示すように。それぞれ予備ねじれ10°と60°で、引張試験の回転角、トルク、変位と引張力の時間曲線を行った。曲線は、前ねじれ角度の大きさにかかわらず、その発生トルクは引張試験の弾性段階で急激に低下し、その後、試料が破断するまで低いレベルに維持されることを示している。
図6（c）に示すように、引張の弾性段階と強化段階でねじれば、引張力値はいずれも低下するが、低下速度は比較的遅く、60°にねじれば引張力はいずれも200 N程度に低下する。
図6（d）に示すように、材料（紫銅）試験片の前延伸変位下ねじれ試験、0 mmから0.04 mmの前延伸変位下ねじれ試験曲線に対して、わずかな変化しかなかった。小さい予備引張荷重の下で、材料は弾性段階にあり、予備引張変位が増加し、試験片の断面寸法が小さくなるため、ねじれ強度の低下を招く主導的な要素である。

図7試験材料の表面形態のその場観測画像

図7に示すように、延伸断面の2次元および3次元形態から、塑性材料の典型的な「カップ状」断面が観察される。引張応力下のくびれ領域は3方向応力状態を形成し、心部の軸方向応力が最大である。材料は十分な塑性変形を経た後、転位などの欠陥が絶えず堆積し、ある程度に達し、切断応力方向に沿って亀裂が発生し、亀裂は外向内から完全に破断するまで延びている。

図8 2軸連動その場ねじれ試験金相組織その場観測画像図8に示すように、90°回転時の金相組織は、回転角の増加に伴い亀裂数と密度が増加し、X軸と平行と垂直の2方向を維持したままである。同時に、格子の滑り現象もより明らかになった。180°回転時の金相組織は、試験片の平面反りの程度が激化したため、画像にエッジの虚焦点が現れ、依然として金相組織の変化がはっきり見える。格子滑りは明らかであり、格子中の相互に交差する亀裂は格子の破砕をもたらし、複数の格子間に連続した長い亀裂が徐々に現れている。

二軸連動その場ねじれテスタ技術指標（二軸シリーズNZ 01、NZ 02、NZP 01など）

• 最大荷重力：100 N•m、200 N•m（シリーズ）

• 荷重力解像度：100 mN

• ねじれ角解像度：0.18º

• ねじり荷重量範囲：1500 N•mm

• ねじり荷重解像度：0.1 N•m

• 力測定精度：±1%表示値

• 変位分解能：1μm

• 試験速度範囲：0～6.5/min

• 変位速度精度：±0.5%より優れている（空荷重）

• 速度負荷容量：3 mm/min以下、許容最大試験トルク

• サンプルサイズ：ミリメートル級