3 · Web viewFig. 3.3.2-4 Relationship between tensile strength and temperature. Fig. 3.3.2-5 Relationship between elongation and temperature. Fracture surface Author 標準パソコン

３.３　ボンドコートの高温引張特性

３.３.１　測定方法2章の手法で準備したボンドコート材のブロック体から Fig. 3.3.1-1に示す平板状の試験片を切り出し，引張試験に供した．Table 3.3.1-1に 3試験機関の試験装置の概要を示す．Table 3.3.1-2に試験方法を示す．Fig.3.3.1-2に各試験機関の試験装置の外観および試験片取付け部の様子を示す．引張試験中，荷重および変位を連続してモニターし，記録した．応力は荷重を初期断面積で除すこと(すなわち公称応力)によって算出した．変位の計測は，試験機関Aおよび Cではクロスヘッド変位を計測し，試験機関 Bでは冶具間の変位を高温伸び計にて計測した．ひずみは，計測した変位を初期標点距離で除すこと（公称ひずみ）により算出した．各試験機関の初期標点距離については，試験機関Aでは平行部の長さ 11mm，試験機関 Bおよび Cでは肩部を含めた試験部の長さ 15mmとした．各機関における降伏応力の定義は，試験機関Aおよび Cが荷重－変位曲線の比例限度とし，試験機関 Bが応力－ひずみ曲線より求めた 0.2%耐力とした．また，各機関ともに，引張強さは最大荷重時の公称応力とした．

３.３.２　測定結果Table 3.3.2-1に 3試験機関の試験結果を示す．Fig.3.3.2-1に試験中に記録した応

力－変位曲線の代表例を，Fig.3.3.2-2に引張試験後の外観写真の代表例を示す．応力－変位曲線から，室温から 500℃の温度範囲において変位とともにほぼ線形に応力が増加した後，ほとんど塑性変形せずに破断した．これに対して，600℃以上になると降伏応力が急激に低下し，破断までに著しい伸びが認められるようになる．

Fig.3.3.2-3～Fig.3.3.2-5に応力―変位曲線，応力―ひずみ曲線から同定された降伏応力，引張強さ，破断伸びの温度依存性をそれぞれ示す．試験機関によらず降伏応力，引張強さは，600℃近傍を境に急激に低下する．一方，破断伸びは600℃近傍を境に急激に増加するようになる．各試験機関における試験方法の違いが測定結果に及ぼす影響について注目すると，降伏応力，引張強さでは優位な差が認められない．破断伸びにおいて，試験機関 A，Cと Bとの間でばらつきがあるものの差が認められた．これは，試験機関 Bで設定している試験速度が他の試験機関に比べて 1/10と遅く，かつ酸化雰囲気であるため，このような試験条件の違いが破断伸びに影響を及ぼしたものと考えられる．なお，破断伸びのばらつきが生じた原因には次のようなことが考えられる．Fig.3.3.2-2に示した各試験片の破断位置に着目すると，試験機関 Bの 900℃における試験片においては，試験片肩部近傍で破断している．同様に，試験機関 Cの 800℃の結果においても破断位置が肩部寄りとなっており，これに対応するようにして破断伸びは他の試験機関に比べて低い値となった．このことから，破断伸びに認められたばらつきは破断位置が関係しているものと考えられる．以上により，引張試験に際しては，破断位置が平行部中央となるよう試験片の形状を工夫するとともに，引張試験機の

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軸心調整など細心の注意を払う必要がある．以上の引張試験の結果をまとめると，本ボンドコートは 600℃付近においてぜい性/延性遷移挙動を示す合金系であることがわかった．このような挙動は，溶射施工後に TBC部材に生じる残留応力に影響を及ぼすとともに，Out-of-phase熱疲労試験における低温－引張負荷時にボンドコートが脆性挙動を呈するためボンドコート内でのき裂発生を助長する可能性がある．　試験破断後の破面に対して SEM観察を行なった．代表として，真空中で行なった結果（機関 A）と大気中で行なった結果（機関 B）を Fig.3.3.2-6に示す．なお，それぞれの写真は Fig.3.3.2-6中に示した模式図に示す位置で観察したものである．これらの観察結果より，試験雰囲気，試験温度によらず，凹凸のある破面が観察されたが，とくに高温域ではその起伏が顕著になり，き裂発生も認められるようになる．このことから，試験温度が破壊形態に及ぼす影響としてつぎのようなことが推測される．試験温度が室温の場合には，スプラット内とスプラットバウンダリーに沿ってき裂が進展し，試験片が破断したのに対して，試験温度が高くなるにつれて主にスプラットバウンダリーに沿ってき裂が進展し，破断するようになった．

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Fig. 3.3.1-1 Shape of the Tensile Specimen.

Table 3.3.1-1 Test Devices of Each Testing Institute.

Testing Institute Testing machine Calculation of

strain Heating device Thermocouple

A Yonekura,2kN

Crosshead displacement

IR condensing heating Type K

B Instoron,1kN Displacement of jig Electric furnace Type R

C Yonekura,2kN

Crosshead displacement

IR condensing heating Type R

Table 3.3.1-2 Test conditions of Each Testing Institute.Testing Institute Atmosphere Strain rate Gauge length

Temp. distributio

n

Temp. holding time

A Vacuum, 0.1Pa 0.2mm/min 11mm ±5℃ 30min

B In air 0.025-0.005%/sec 15mm ±2℃ 20min

C Ar(5×10-2Torr→Ar) 0.1mm/min 15mm ±5℃ 30min

unite : mm

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TestingInstitute Overview Around the specimen

A

B

C

Fig. 3.3.1-2 General view of Test Set-Up of Each Testing Institute.

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Table 3.3.2-1 Results of the Tensile Tests.Testing Institute

Testing temp. Yield strength Tensile strength Elongation℃ MPa MPa %

A

25 950 1083 7.3200 905 982 7.9400 770 816 8600 650 700 9.5700 300 300 24800 95 95 541000 21 21 60

B

22 955 1040 0.3300 834 940 0.6400 799 901 0.5500 791 801 0.8600 492 540 1.8700 152 173 10.2800 50 53 22.8900 17 24 15.7

C

22 943 1191 9.4300 834 1088 10.9400 687 851 10.5500 505 670 11.9600 330 331 17.8700 100 95 37.1800 70 93 36.9900 NA 0.4 120.5

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Fig. 3.3.2-1 Typical stress-displacement curve of freestanding CoNiCrAlY.

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(a) Test temperature = R.T.

(b) Test temperature = 300℃

(c) Test temperature = 400℃

(d) Test temperature = 500℃

(e) Test temperature = 600℃

(f) Test temperature = 700℃

(g) Test temperature = 800℃

(h) Test temperature = 900℃(1) Institute B

Fig. 3.3.2-2 (Continued).

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(h) Test temperature = 900℃ (2) Institute C

Fig. 3.3.2-2 Overviews of fractured specimens.

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0

200

400

600

800

1000

1200

0 200 400 600 800 1000 1200

Temperature [℃]

Yie

ld s

tren

gth

[MPa

]ABC

Fig. 3.3.2-3 Relationship between yield stress and temperature.

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

0 200 400 600 800 1000 1200

Temperature [℃]

Tens

ile st

reng

th [M

Pa]

ABC

Fig. 3.3.2-4 Relationship between tensile strength and temperature.

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0

20

40

60

80

100

120

140

0 200 400 600 800 1000 1200

Temperature [℃]

Elon

gatio

n [%

]

ABC

Fig. 3.3.2-5 Relationship between elongation and temperature.

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(c) Test temperature = 400℃(1) Institute A (Continued)Fig. 3.3.2-6 (Continued).

Fracture surface

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(g) Test temperature =1000℃(1) Institute A

Fig. 3.3.2-6 (Continued).

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(d) Test temperature = 500℃(2) Institute B (Continued)Fig. 3.3.2-6 (Continued).

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(h) Test temperature = 900℃(2) Institute B

Fig. 3.3.2-6 Typical SEM images of fracture surface.

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