本发明提供一种金属复合成型品的蠕变破坏寿命的预测方法,所述方法不进行复杂的计算、容易且高精度地、在考虑到实际的金属复合成型品的蠕变破坏寿命的偏差的基础上预测金属复合成型品的蠕变破坏寿命。按照蠕变破坏的产生场所汇总蠕变破坏时间T的数据,针对各产生场所的数据,由蠕变破坏时间T算出自然对数值lnT,求得lnT的平均值μ,通过μ算出expμ且导出蠕变破坏时间的平均值T
1.一种金属复合成型品的蠕变破坏寿命的预测方法,其为从在金属复合成型品的热塑性树脂部分持续受到应力的状态下使用时所产生的蠕变破坏的观点出发、预测所述金属复合成型品的蠕变破坏寿命的方法,该金属复合成型品由金属零件和热塑性树脂复合而成,该方法包括以下的1)到4)的步骤,步骤1),针对多个试样,测定成为所述蠕变破坏寿命的预测对象的金属复合成型品的、所述金属复合成型品的热塑性树脂部分持续受到应力的条件下的蠕变破坏时间;步骤2),针对通过步骤1)得到的测定结果,将破坏的产生场所分类为浇口部附近、熔合部附近、其他位置,汇总蠕变破坏时间T的数据;步骤3),针对在浇口部附近或者其他位置的测定结果,按照产生产所,分别针对所述多个试样各自的蠕变破坏时间T算出自然对数值lnT,求得lnT的平均值μ,通过所述μ算出expμ且导出蠕变破坏时间的平均值T_AVG;和,步骤4),基于通过步骤3)得到的T_AVG的值,预测金属复合成型品的蠕变破坏寿命。
2.根据权利要求1所述的金属复合成型品的蠕变破坏寿命的预测方法,所述步骤4)中的预测蠕变破坏寿命的方法为:由通过所述步骤3)算出的所述lnT算出lnT的标准偏差σ,通过所述σ算出T_AVG×exp(-3σ)且导出蠕变破坏寿命的推定值的方法。
3.根据权利要求1或2所述的金属复合成型品的蠕变破坏寿命的预测方法,所述热塑性树脂为聚缩醛树脂。技术领域
本发明涉及金属复合成型品的蠕变破坏寿命的预测方法。
背景技术
热塑性树脂具有可以用注射成型等各种方法容易地加工、分量轻等许多优点,因此代替金属材料、木材等自古以来使用的材料,用于许多用途。如上所述热塑性树脂成型品用于许多用途,例如被广泛用作嵌入成型品、嵌出成型品等由金属零件和热塑性树脂复合而成的金属复合成型品。然而,在金属复合成型品中,有时以成型后的热塑性树脂与金属零件的收缩率的差异等为起因,热塑性树脂部分在持续受到应力的状态下使用,在所述情况下,具有产生被称为蠕变破坏的成型品的破坏现象的问题。而且,在使用金属复合成型品作为零件的各种产品中,在金属复合成型品产生蠕变破坏的情况下,有时与产品的严重故障相关联,因此为了确定零件的更换时期、使用寿命,需要预测蠕变破坏寿命。作为金属复合成型品的蠕变破坏寿命的预测方法,例如提出有专利文献1中记载的嵌入成型品的蠕变破坏寿命的推定方法。专利文献1中记载的嵌入成型品的蠕变破坏寿命的推定方法如下:将蠕变破坏过程的时间分割成短的时间间隔,评估在分割了的各区间的平均产生应力,以在一定负荷下测定的蠕变破坏寿命的数据为基础算出在各区间成型品受到的损坏量,将损坏的累积量超过1的时间点预测作为蠕变破坏寿命。然而,专利文献1中记载的蠕变破坏寿命的预测方法需要非常复杂的计算过程,因此蠕变破坏寿命的预测不容易,在该计算过程中包含许多假定,因此预测时产生误差,对于蠕变破坏寿命的精度尚有改良的余地。另外,专利文献1中记载的蠕变破坏寿命的预测方法并不是考虑了实际成型品的蠕变破坏寿命的偏差的预测方法,这一点也是问题。现有技术文献专利文献专利文献1:日本特开2007-078646号公报
发明内容
发明要解决的问题本发明是为了解决如上所述的问题而进行的,其目的在于提供一种不进行复杂的计算、容易且高精度地、在考虑到实际的金属复合成型品的蠕变破坏时间的偏差的基础上预测金属复合成型品的蠕变破坏寿命的方法。用于解决问题的方案本发明人等发现,按照蠕变破坏产生场所汇总蠕变破坏时间T的数据,针对各产生场所的数据,由蠕变破坏时间T算出自然对数值lnT,求得lnT的平均值μ,通过μ算出expμ且导出蠕变破坏时间的平均值T_AVG,将此作为蠕变破坏寿命,由此可以容易且高精度地、在考虑到实际的金属复合成型品的蠕变破坏时间的偏差的基础上预测金属复合成型品的蠕变破坏寿命,从而完成本发明。更具体而言,本发明提供以下方法。(1)一种金属复合成型品的蠕变破坏寿命的预测方法,该金属复合成型品由金属零件和热塑性树脂复合而成,该方法包括以下的1)到4)的步骤,步骤1),针对多个试样,测定成为蠕变破坏寿命的预测对象的金属复合成型品的、需要预测蠕变破坏寿命的条件下的蠕变破坏时间;步骤2),针对通过步骤1)得到的测定结果,将破坏的产生场所分类为浇口部附近、熔合部附近、其他位置,汇总蠕变破坏时间T的数据;步骤3),针对在浇口部附近或者其他位置的测定结果,按照产生产所,分别针对前述多个试样各自的蠕变破坏时间T算出自然对数值lnT,求得lnT的平均值μ,通过前述μ算出expμ且导出蠕变破坏时间的平均值T_AVG;和,步骤4),基于通过步骤3)得到的T_AVG的值,预测金属复合成型品的蠕变破坏寿命。(2)根据(1)所述的金属复合成型品的蠕变破坏寿命的预测方法,前述步骤4)中的预测蠕变破坏寿命的方法为:由通过前述步骤3)算出的前述lnT算出lnT的标准偏差σ,通过前述σ算出T_AVG×exp(-3σ)且导出蠕变破坏寿命的推定值的方法。(3)根据(1)或(2)所述的金属复合成型品的蠕变破坏寿命的预测方法,前述热塑性树脂为聚缩醛树脂。发明的效果根据本发明,能够不进行复杂的计算、容易且高精度地、在考虑到实际的金属复合成型品的蠕变破坏寿命的偏差的基础上预测金属复合成型品的蠕变破坏寿命。
附图说明
图1为实施例中的涉及与在金属复合成型品的浇口部附近的破坏相关的蠕变破坏时间(天)和累积破坏概率(%)的图表。图2为实施例中的涉及与在金属复合成型品的熔合部的破坏相关的蠕变破坏时间(天)和累积破坏概率(%)的图表。图3为实施例中的涉及与在金属复合成型品的除浇口部和熔合部之外的位置的破坏相关的蠕变破坏时间(天)和累积破坏概率(%)的图表。
具体实施方式
以下,针对本发明的实施方式进行详细的说明。此外,本发明不限定于以下记载的发明。以下,依次说明金属复合成型品和蠕变破坏寿命的预测方法。金属复合成型品在本发明中,成为蠕变破坏寿命的预测对象的金属复合成型品只要为由金属零件和热塑性树脂复合而成的物质就没有特别限定,例如可列举出嵌入成型品、嵌出成型品等。以下,针对金属复合成型品,依次说明热塑性树脂、热塑性树脂组合物、金属零件和金属复合成型品的制造方法。热塑性树脂在本发明中,成为蠕变破坏寿命的预测对象的金属复合成型品是使热塑性树脂和金属零件复合化来制造的。对金属复合成型品的制造中使用的热塑性树脂没有特别限制,可以适宜地选自以往在各种金属复合成型品的制造中使用的热塑性树脂。作为适合的热塑性树脂的例子,可列举出聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯等聚烯烃;聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚对苯二甲酸-1,3-丙二醇酯、聚2,6-萘二甲酸乙二醇酯等由芳香族二元羧酸与二元醇等形成的芳香族聚酯;聚乳酸等脂肪族聚酯;尼龙46、尼龙6、尼龙66、尼龙610、尼龙612、尼龙11、尼龙12、MXD尼龙等聚酰胺树脂;聚缩醛树脂(均聚物或共聚物);聚苯乙烯;聚氯乙烯;聚丙烯腈;环状烯烃系树脂;(甲基)丙烯酸树脂;聚碳酸酯;AS树脂;ABS树脂;聚苯醚;聚苯硫醚、聚苯硫醚酮、聚联苯硫醚、聚苯硫醚砜等聚苯硫醚树脂;聚(醚砜)、聚(4,4’-双酚醚砜)等聚砜树脂;聚醚酮树脂;聚醚醚酮树脂;液晶性聚合物;氟树脂等。另外这些热塑性树脂可以两种以上混合使用。在这些热塑性树脂中,更优选为使用聚缩醛树脂等蠕变特性优异的树脂。所述树脂的蠕变破坏寿命长、易于显著表现出蠕变破坏寿命的偏差,本发明的效果变显著。以下,针对聚缩醛树脂进行说明。聚缩醛树脂聚缩醛树脂中包括以氧亚甲基(-CH₂O-)作为构成单元的聚缩醛均聚物和除氧亚甲基之外还含有其他共聚单体单元的聚缩醛共聚物。在共聚物中,共聚单体单元中包括氧C_2-6亚烷基单元(例如,氧亚乙基(-CH₂CH₂O-)、氧亚丙基、氧四亚甲基等氧C_2-4亚烷基单元)。共聚单体单元的含量相对于聚缩醛系树脂全体,可以选自例如0.01~30摩尔%、优选0.03~20摩尔%、进一步优选0.03~15摩尔%左右的范围。聚缩醛树脂为聚缩醛共聚物的情况下,可以为由二组分构成的二元共聚物、由三组分构成的三聚物等。聚缩醛共聚物除了无规共聚物外,还可以是嵌段共聚物、接枝共聚物等。另外,聚缩醛系树脂不仅可以为线性的、而且也可以为分支的结构,还可以具有交联结构。进一步,聚缩醛系树脂的末端例如可以通过与乙酸、丙酸等羧酸或者它们的酸酐发生酯化等稳定化。作为聚缩醛树脂例如可以通过使甲醛、多聚甲醛、乙醛等醛类;三噁烷、环氧乙烷、环氧丙烷、1,3-二氧戊环、1,3-二噁烷、二乙二醇甲缩醛、1,4-丁二醇甲缩醛等环状醚;环状甲缩醛聚合来制造。热塑性树脂组合物在本发明中,金属复合成型品的制造中使用的热塑性树脂可以为配合有填料的热塑性树脂。对在热塑性树脂中配合的填料没有特别限制,从以往的热塑性树脂中使用的填充剂中适宜地选择即可。作为现有公知的无机填充剂,可列举出纤维状填料、细粒状填料、片状填料等。作为优选的纤维状填料,例如可列举出玻璃纤维、石棉纤维、二氧化硅纤维、二氧化硅·氧化铝纤维、氧化铝纤维、氧化锆纤维、氮化硼纤维、氮化硅纤维、硼纤维、钛酸钾纤维、进一步可列举出不锈钢、铝、钛、铜、黄铜等金属的纤维状物等无机质纤维状物质。另外,作为细粒状填料,可列举出如二氧化硅、石英粉末、玻璃珠、磨制玻璃纤维(milledxa0glassxa0fiber)、玻璃空心球(glassballoon)、玻璃粉、硅酸钙、硅酸铝、高岭土、滑石、粘土、硅藻土、硅灰石那样的硅酸盐;如氧化铁、氧化钛、氧化锌、三氧化锑、氧化铝那样的金属氧化物;如碳酸钙、碳酸镁那样的金属碳酸盐;如硫酸钙、硫酸钡那样的金属硫酸盐;其他铁酸盐(ferrite)、碳化硅、氮化硅、氮化硼、各种金属粉末等,作为片状填料可列举出云母、玻璃片、各种金属箔等。另外,在本发明中,金属复合成型品的制造中使用的热塑性树脂可以为添加有成核剂、着色剂、抗氧化剂、稳定剂、增塑剂、润滑剂、脱模剂和阻燃剂等添加剂的、赋予了期望特性的热塑性树脂组合物。金属零件在本发明中,成为蠕变破坏寿命的预测对象的金属复合成型品的制造中使用的金属零件只要能与热塑性树脂复合化就没有特别限制。作为金属零件中使用的金属材料的适合的例子,可列举出铜、铝、铁等金属;磷青铜、不锈钢等合金;异种金属的层压体、它们的镀覆处理品等。作为材料为不锈钢的情况下的具体例子,可列举出马氏体系、奥氏体系等不锈钢。金属零件的形状只要能与热塑性树脂复合化就没有特别限制。为了改良金属零件与热塑性树脂的密合性,可以将与热塑性树脂接触的位置的表面预先粗化处理。粗化处理可以用研磨、镀覆、或者蚀刻等方法进行。金属复合成型品的制造方法本发明的金属复合成型品的制造方法只要能使金属零件和热塑性树脂复合化就没有特别限制。作为金属复合成型品的制造方法的适合的方法,例如可列举出注射成型、挤出成型、吹塑成型等成型方法。金属复合成型品的蠕变破坏寿命的预测方法本发明的金属复合成型品的蠕变破坏寿命的预测方法为发现并基于下述见解的方法:在对由金属零件和热塑性树脂复合而成的金属复合成型品的蠕变破坏时间按照产生了破坏的部位进行汇总的情况下,对于在同一部位产生的破坏,其蠕变破坏时间的分布服从对数正态分布。其中,在熔合部的蠕变破坏时间与下述要因,即初始缺陷的程度、使用中的缺陷的程度的变化有关,不能用相同的对数正态分布整理,因此不是本发明的方法中的蠕变破坏寿命的预测对象。本发明的金属复合成型品的蠕变破坏寿命的预测方法为包括后述的步骤1)到4)的方法。以下,针对步骤1)到步骤4)依次进行说明。此外,破坏时间表示破坏时间的实测值,破坏寿命表示破坏时间的预测值。步骤1)为:针对多个成为蠕变破坏寿命的预测对象的金属复合成型品的试样,测定需要预测蠕变破坏寿命的条件下的蠕变破坏时间。在步骤1)中所用的试样使用与成为蠕变破坏寿命的预测对象的金属复合成型品同样的金属复合成型品。另外,对在步骤1)中各试样的蠕变破坏时间的测定方法没有特别限制,例如,使用恒温装置等能够再现金属复合成型品的实际使用环境的装置,将金属复合成型品暴露于规定的试验环境下,以规定的频率(例如1次/天)观察蠕变破坏的产生即可。步骤2)为:针对通过步骤1)得到的测定结果,将破坏的产生场所分类为浇口部附近、熔合部附近、其他位置,汇总蠕变破坏时间T。通过步骤2)将步骤1)得到的测定结果进行了分类的、各个破坏的产生场所的蠕变破坏时间的数据的个数优选为5个以上、更优选为8个以上、特别优选为10个以上。通过步骤2),将步骤1)的测定结果按照破坏的产生场所分类,结果产生了破坏的个数为4个以下时,则重复步骤1)和步骤2)直至产生了破坏的试样的总的个数成为5个以上为止。此外,在金属复合成型品设计为不形成熔合部的情况下,将通过步骤1)得到的测定结果分类为在浇口部附近的破坏和在其他位置的破坏。步骤3)为:针对在浇口部附近或者其他位置的测定结果,按照产生产所,分别针对多个试样各自的蠕变破坏时间T算出自然对数值lnT,求得lnT的平均值μ,通过μ算出expμ且导出蠕变破坏时间的平均值T_AVG。步骤4)为:基于通过步骤3)得到的T_AVG的值,预测金属复合成型品的蠕变破坏寿命。对基于T_AVG的值预测金属复合成型品的蠕变破坏寿命的步骤没有特别限制,例如,在将金属复合成型品作为零件使用的产品中,可以考虑在金属复合成型品产生蠕变破坏的情况下对产品功能的影响等,基于T_AVG的值适宜地确定蠕变破坏寿命的推定值。具体而言,作为蠕变破坏寿命的推定方法,可列举出以下的I)到III)的方法。I)直接使用T_AVG作为蠕变破坏寿命的推定值的方法。根据I)的方法,不需要进行特别的计算,可以直接使用T_AVG作为蠕变破坏寿命的推定值。根据I)的方法能够得到虽然有蠕变破坏产生的可能性但大致不产生蠕变破坏的、蠕变破坏寿命的推定值。I)的方法在以下情况中有效:即使金属复合成型品中产生了蠕变破坏,也几乎不对将金属复合成型品作为零件使用的产品的功能产生影响。II)对于T_AVG设定安全率A(%),通过T_AVG×A/100算出蠕变破坏寿命的推定值的方法。II)的方法在以下情况中有效:根据经验可知将T_AVG以哪种程度的比率缩短即可导出几乎不产生蠕变破坏的期间。III)由通过前述的步骤3)算出的前述lnT算出lnT的标准偏差σ,通过系数B(B为正数)和前述σ算出T_AVG×exp(-Bσ)来导出蠕变破坏寿命的推定值的方法。在III)的方法中,B的值优选为2.5到3.5,特别优选为3。只要B的值为所述范围,则在蠕变破坏寿命服从对数正态分布的情况下,在比推定的蠕变破坏寿命短的期间几乎不产生蠕变破坏。如上所述,根据III)的方法,可以在考虑到偏差的基础上确定几乎不产生蠕变破坏的蠕变破坏寿命的推定值。因此,III)的方法在以下情况中有效:金属复合成型品产生蠕变破坏的情况下,对将金属复合产品作为零件使用的产品的功能产生严重影响的情况等。根据本发明,通过进行以上说明的1)到4)的步骤,可以不进行复杂的计算、容易且高精度地、在考虑到实际的金属复合成型品的蠕变破坏寿命的偏差的基础上预测各种金属复合成型品的蠕变破坏寿命。实施例以下列举实施例对本发明进行进一步详细的说明,本发明不受这些实施例的任何限制。实施例1使用聚缩醛树脂(DURACON(注册商标)M90-44,宝理塑料株式会社制造)作为热塑性树脂,通过注射成型,制造在半径12mm高度20mm的圆柱状的金属零件的侧面形成有厚度1mm的热塑性树脂层的圆柱状的金属复合成型品。金属复合成型品在圆柱状的金属嵌件(metalxa0insert)的一方的侧面的热塑性树脂层的一个位置具有浇口部,在与金属复合成型品的侧面的浇口部相反的面形成有熔合部。使用74个金属复合成型品,在热风干燥机内按规定的温度放置,测定直到产生破坏为止的时间和破坏个数。将所得蠕变破坏时间的结果分类为浇口部附近的破坏、熔合部附近的破坏、在其他位置的破坏。基于测定结果,针对在浇口部附近的破坏,在将横轴作为与蠕变破坏时间(天)有关的轴、将纵轴作为与累积破坏概率(%)有关的轴的坐标面内,于各个蠕变破坏时间描绘经中位秩法(medianxa0rank)算出的累积破坏概率,制作图1的图表。根据图1的图表可知累积破坏概率被绘制为几乎呈直线状,可知在浇口部附近的蠕变破坏时间服从对数正态分布。另外,基于测定结果,针对在熔合部附近的破坏,在将横轴作为与蠕变破坏时间(天)有关的轴、将纵轴作为与累积破坏概率(%)有关的轴的坐标面内,于各个蠕变破坏时间描绘经中位秩法算出的累积破坏概率,制作图2的图表。根据图2的图表,累积破坏概率未被绘制成直线状,可知在熔合部附近的蠕变破坏时间不服从对数正态分布。进一步,基于测定结果,针对在其他位置的破坏,在将横轴作为与蠕变破坏时间(天)有关的轴、将纵轴作为与累积破坏概率(%)有关的轴的坐标面内,于各个蠕变破坏时间描绘经中位秩法算出的累积破坏概率,制作图3的图表。根据图3的图表可知累积破坏概率被绘制为直线形的曲线,可知在其他位置的蠕变破坏时间服从对数正态分布。此外,图1到图3中记载的图表中,纵轴和横轴为对数轴。基于测定结果,针对浇口部附近的破坏,算出蠕变破坏时间的自然对数值的平均值即μ,结果为4.11,算出蠕变破坏时间的自然对数值的标准偏差σ,结果为0.42。另外,通过μ(4.11)算出expμ,结果T_AVG为61天。进一步,算出T_AVG×exp(-3σ),结果为17天。另外,基于测定结果,针对在其他位置的破坏,算出蠕变破坏时间的自然对数值的平均值即μ,结果为4.74,算出蠕变破坏时间的自然对数值的标准偏差σ,结果为0.18。进一步,通过μ(4.74)算出expμ,结果T_AVG为114天。进一步,算出T_AVG×exp(-3σ),结果为67天。因此,在实施例1中制作的金属复合成型品中,与在浇口部的破坏相关的蠕变破坏寿命可设定为17天,与在其他位置的破坏相关的蠕变破坏寿命可设定为67天。因此,可将金属复合成型品的破坏寿命设定为更短的17天。