JIS T 0310:2009 金属系生体材料の切欠き効果及び疲労き裂進展特性の試験方法

                                                                                   T 0310 : 2009

pdf 目 次

ページ

•  序文・・・・[1]
•  1 適用範囲・・・・[1]
•  2 引用規格・・・・[1]
•  3 用語及び定義・・・・[1]
•  4 試験装置・・・・[2]
•  5 切欠き試験片・・・・[3]
•  5.1 試験片の形状及び寸法・・・・[3]
•  5.2 切欠き試験片の作製・・・・[3]
•  5.3 試験片の数・・・・[3]
•  5.4 切欠き効果の試験手順・・・・[4]
•  5.5 試験結果の表し方・・・・[4]
•  6 疲労き裂進展試験・・・・[5]
•  6.1 試験機・・・・[5]
•  6.2 疲労き裂進展(CT)試験片・・・・[5]
•  6.3 CT試験片の作製・・・・[6]
•  6.4 CT試験用ジグ・・・・[6]
•  6.5 疲労き裂進展試験装置・・・・[7]
•  6.6 疲労き裂進展試験手順・・・・[8]
•  6.7 試験結果の表し方・・・・[11]
•  7 試験結果の報告・・・・[12]
•  附属書A(規定)き裂長さの測定方法・・・・[13]
•  附属書B(参考)荷重漸減(K値減少)試験・・・・[15]
•  附属書C(参考)疲労き裂進展速度(da/dN)の測定方法・・・・[16]

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――――― [JIS T 0310 pdf 1] ―――――

T 0310 : 2009

まえがき

  この規格は,工業標準化法第12条第1項の規定に基づき,独立行政法人産業技術総合研究所(AIST)
及び独立行政法人製品評価技術基盤機構(NITE)から,工業標準原案を具して日本工業規格(日本産業規格)を制定すべき
との申出があり,日本工業標準調査会の審議を経て,厚生労働大臣及び経済産業大臣が制定した日本工業
規格である。
  この規格は,著作権法で保護対象となっている著作物である。
  この規格の一部が,特許権,出願公開後の特許出願,実用新案権又は出願公開後の実用新案登録出願に
抵触する可能性があることに注意を喚起する。厚生労働大臣,経済産業大臣及び日本工業標準調査会は,
このような特許権,出願公開後の特許出願,実用新案権及び出願公開後の実用新案登録出願にかかわる確
認について,責任はもたない。

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――――― [JIS T 0310 pdf 2] ―――――

                                       日本工業規格(日本産業規格)                          JIS
                                                                              T 0310 : 2009

金属系生体材料の切欠き効果及び疲労き裂進展特性の試験方法

Test method for notch sensitivity and fatigue crack growth properties of metallic biomaterials

序文

  整形外科分野を中心に,骨・関節の代替として,生体内に埋め込まれて長期間用いるインプラント製品
の使用が増加傾向にある。製品には切欠き又は応力集中箇所が存在するため,長期使用に対する安全性の
より優れた製品を開発する場合には,き裂をもつ素材の疲労破壊試験を行うことで製品の力学的信頼性が
向上する。
  この規格は,インプラント製品を構成する金属系生体材料を,素材レベルで試験する方法の一つとして,
材料の金属組織,強度,疲労特性などに及ぼす切欠き効果及び疲労き裂進展特性の試験を実施し,安全性
を確保することを目的としている。

1 適用範囲

  この規格は,ステンレス鋼,コバルトクロム合金,チタン材料などの金属組織,強度,疲労特性などに
及ぼす切欠き効果及び疲労き裂進展特性の試験方法について規定する。

2 引用規格

  次に掲げる規格は,この規格に引用されることによって,この規格の規定の一部を構成する。これらの
引用規格は,その最新版(追補を含む。)を適用する。
    JIS T 0309 金属系生体材料の疲労試験方法
    JIS T 7401-2 外科インプラント用チタン材料−第2部 : チタン 6-アルミニウム 4-バナジウム合金
        展伸材
    JIS T 7401-4 外科インプラント用チタン材料−第4部 : チタン 15-ジルコニウム 4-ニオブ 4-タン
        タル合金展伸材
    JIS T 7403-1 外科インプラント用鉄基合金−第1部 : ステンレス鋼
    JIS Z 2241 金属材料引張試験方法

3 用語及び定義

  この規格で用いる主な用語及び定義は,JIS T 0309によるほか,次による。
3.1
切欠き効果(notch effect)
  切欠き(ノッチ)によって疲労強度などの力学特性が減少する現象。材料に切欠きがあるものと切欠き

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T 0310 : 2009
がないものとでは,強度,疲労強度などが異なり,切欠き部分では応力集中が発生して破壊されやすくな
る。
3.2
切欠き試験片(notch specimen)
  切欠きを入れた試験片。
3.3
応力拡大係数(stress intensity factor)
  き裂先端近傍の応力及びひずみ状態を表現する破壊力学のパラメータ。
3.4
応力拡大係数範囲(stress intensity factor range,
  き裂をもつ材料に繰返し力が作用するとき,き裂の寸法,最大荷重及び最小荷重から算出される応力拡
大係数(K)の最大値(Kmax)と最小値(Kmin)との差。
          Kmax−Kmin(Kmin>0)。単位は,MPa・m1/2を用いる。
3.5
下限界応力拡大係数範囲(threshold stress intensity factor range,
  疲労き裂が進展しない
3.6
疲労き裂進展速度(fatigue crack growth rate,da/dN)
  荷重1サイクル当たりのき裂長さの増加量。き裂長さをa,負荷荷重の繰返し数をNとしたとき,da/dN
で表す(附属書C参照)。単位は,mm/サイクルを用いる。
3.7
コンプライアンス(compliance)
  き裂開口変位δと荷重Pとの比(δ/P)。き裂が長くなると大きくなる。
3.8
応力比(R比)(stress ratio)
  試験片に作用する最小応力と最大応力との比。又は応力拡大係数の最小値と最大値との比。
  R比=σmin/σmax,又はKmin/Kmax
3.9
予き裂(pre-crack)
  疲労き裂進展試験においてあらかじめ導入する疲労き裂。
3.10
疲労き裂進展試験片(specimen for fatigue crack growth test)
  疲労き裂進展の測定に用いる試験片。通常,コンパクト・テンション(Compact Tension,CT)試験片が
用いられる。

4 試験装置

4.1   試験機 試験機は,次による。
a) 試験機は,負荷荷重の制御,関数発生及び破断までの繰返し数の計測機能をもつものとする。
b) 繰返し荷重及び繰返し周波数を一定に保ち,過負荷防止機能をもつものとする。
c) 関数発生器は,長期間連続して安定的に正弦(サイン)波を発生する機能をもつものとする。

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                                                                                              3
                                                                                   T 0310 : 2009
d) 試験開始時には,繰返し荷重の最大値を超えて衝撃的に負荷されることがなく,かつ,できるだけ速
    やかに所定の荷重に達する負荷機能をもつものとする。
e) 荷重の読取り誤差は,最大荷重レンジの±1 %とする。また,破断検出機能をもち,破断するまでの
    繰返し数を求めることができる積算機能をもつものとする。
f)  ロードセルは,定期的に校正しなければならない。
4.2   試験ジグ 試験ジグは,試験片のつかみ部分から破壊しないような構造で,試験片の形状及び寸法
に応じて,試験片を一定の締付け圧で保持し,その締付け圧を調節できるものとする。ただし,締付け圧
が強すぎると,試験結果に影響することがあるので注意する。引張疲労試験では,ねじ式で試験片をつか
む構造でもよい。

5 切欠き試験片

5.1 試験片の形状及び寸法

  試験片の形状及び寸法の例を,図1に示す。図1 a)の切欠き先端のRを0.2,0.3,0.4,0.5と増加させる
ことによって,応力集中係数は減少する。

5.2 切欠き試験片の作製

  試験片は,鍛造又は圧延方向に平行な方向から適切な方法で切り出し,試験結果に影響しない表面性状
に仕上げる。

5.3 試験片の数

  試験片の数は,次による。
a) 室温引張強度測定用試験片の数は,2本以上とする。
b) 疲労試験片の数は,切欠き試験片及び平滑試験片の各10本以上を目安に,S-N曲線を作成するのに必
    要な数とする。
                                                                                      単位 mm
                                        a) 切欠き試験片
                                         b) 平滑試験片
                                 図1−試験片の形状及び寸法の例

――――― [JIS T 0310 pdf 5] ―――――

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