BR112017025834B1

BR112017025834B1 - Método de avaliação de características de superfície

Info

Publication number: BR112017025834B1
Application number: BR112017025834-0A
Authority: BR
Inventors: Yoshiyasu Makino
Original assignee: Sintokogio, Ltd
Priority date: 2015-11-09
Filing date: 2016-06-07
Publication date: 2021-04-13
Also published as: US10768129B2; TW201716759A; CN107709981B; KR20180079284A; US20180299393A1; TWI691711B; EP3299806A4; WO2017081879A1; JP6647682B2; MX2017016330A; BR112017025834A2; EP3299806B1; CN107709981A; EP3299806A1; JPWO2017081879A1; KR102503235B1

Abstract

método de avaliação de características de superfície. é provido um método de avaliação de característica de superfície para avaliação da tensão residual de aço submetido a processo de modificação de superfície levando-se em consideração a direção de profundidade. este método inclui uma etapa de preparação de um dispositivo de avaliação de característica de superfície, uma etapa de disposição de aço submetido a processamento de modificação de superfície, de tal modo que o aço seja permeado por magnetismo ca gerado por uma bobina incluída no dispositivo de avaliação de característica de superfície, uma etapa de geração de correntes de foucault em um objeto, uma etapa de alteração consecutiva do magnetismo ca aplicado à bobina, uma etapa de cálculo de uma impedância z1 para cada frequência a partir da diferença de potencial através da bobina e o valor da corrente fluindo pela bobina, uma etapa de realização de cálculo com base na impedância z1, e uma etapa de avaliação de a tensão residual do aço com base no resultado obtido do cálculo.

Description

Campo Técnico

[0001] A presente invenção refere-se a um método de avaliação de uma tensão residual em um material de aço submetido a um tratamento de modificação de superfície.

Fundamento da invenção

[0002] Os tratamentos de modificação de superfície amplamente conhecidos para um material de aço incluem vários tratamentos de calor (cementação, tratamento térmico de nitretação e endurecimento por indução, por exemplo) e um tratamento de jateamento por granalha. O tratamento de modificação de superfície confere uma tensão residual na proximidade da superfície do material de aço para aprimorar a resistência à fadiga do material de aço. As condições do tratamento de modificação de superfície são determinadas de modo a atingir uma tensão residual desejada na direção de profundidade da superfície do material de aço dependendo do uso do material de aço. Para avaliar com precisão se o tratamento de modificação de superfície foi realizado de forma apropriada ou não, a distribuição da tensão residual na direção de profundidade precisa ser considerada.

[0003] Um método de medir a resistência à fadiga de um material de aço está divulgado na Literatura de Patente 1. Na Literatura de Patente 1, a profundidade na qual uma tensão residual compressiva predeterminada em um material de aço submetido a jateamento por granalha alcança um valor de pico é avaliada. No entanto, de acordo com o método de avaliação divulgado na Literatura de Patente 1, a condição de medição precisa ser fixada para cada alvo de medição ou cada condição do tratamento de modificação de superfície é alterada. Portanto, devido à diferença individual entre os materiais ou outras variações, a avaliação não pode ser realizada com alta precisão.

[0004] Outro método de medir a resistência à fadiga de um material de aço está divulgado na Literatura de Patente 2. Na Literatura de Patente 2, a distribuição da tensão residual compressiva no material de aço é calculada medindo sucessivamente o valor da tensão de saída da bobina de detecção enquanto se altera sucessivamente a profundidade de permeação (permeabilidade magnética) do fluxo magnético na superfície do material de aço alterando sucessivamente a frequência da corrente excitante passada pela bobina excitante que encosta no material de aço. No entanto, o valor do valor de saída da bobina de detecção inclui o componente de tensão devido à variação da permeabilidade magnética e o componente de tensão devido à impedância da própria bobina de detecção. Por conseguinte, se as características da impedância da própria bobina de detecção variam devido a variações do ambiente (temperatura, ruído, etc.), a confiança no valor de medição diminui. Além disso, a bobina excitante deste equipamento de medição precisa ser concebida levando-se em consideração o fenômeno (efeito de lançamento) onde o sinal detectado varia com a distância do material de aço. No entanto, a divulgação não faz menção a este fenômeno. Portanto, o equipamento de medição divulgado na Literatura de Patente 2 não pode avaliar com exatidão a tensão residual compressiva no material de aço. Lista de Citação Literatura de Patente Literatura de Patente 1 Patente Japonesa Publicada No. 07-092140 Literatura de Patente 2 Patente Japonesa Publicada No. 05-203503

Sumário da Invenção Problema Técnico

[0005] Em vista das circunstâncias descritas acima, um objeto da presente invenção é prover um método de avaliação de características de superfície que pode avaliar com precisão uma tensão residual em um material de aço submetido a um tratamento de modificação de superfície levando-se em consideração a distribuição da tensão residual na direção de profundidade.

Solução do Problema

[0006] Um aspecto da presente invenção reside em um método de avaliação de características de superfície que avalia uma tensão residual em um objeto feito de um material de aço submetido a um tratamento de modificação de superfície. O método de avaliação de características de superfície inclui as seguintes etapas (1) a (6). As etapas podem ser realizadas separadamente, ou duas ou mais das etapas podem ser realizadas ao mesmo tempo.

[0007] (1) Uma etapa de preparação que prepara um equipamento de avaliação de característica de superfície que inclui um oscilador incluindo uma fonte de alimentação CA e um circuito de alteração de frequência, um detector incluindo uma bobina e conectada ao oscilador, e um instrumento de medição conectado ao circuito de alteração de frequência e ao detector.

[0008] (2) Uma etapa de posicionamento de objeto que posiciona o material de aço submetido ao tratamento de modificação de superfície de uma tal maneira que um campo magnético alternado induzido pela bobina permeia todo o objeto.

[0009] (3) Uma etapa de geração de corrente de Foucault que gera uma corrente de Foucault no objeto ativando a fonte de alimentação CA para fazer com que a bobina induza o campo magnético alternado e permita que o campo magnético alternado permeie o objeto.

[00010] (4) Uma etapa de alteração de frequência que altera sucessivamente a frequência da corrente alternada pelo circuito de alteração de frequência, desse modo alternando sucessivamente a profundidade de permeação do campo magnético alternado no objeto.

[00011] (5) Uma etapa de cálculo de impedância que calcula uma impedância Z1 para cada diferentes frequências detectando uma diferença de potencial entre extremidades opostas da bobina e o valor de uma corrente fluindo pela bobina.

[00012] (6) Uma etapa de avaliação que avalia a tensão residual no objeto com base na impedância Z1.

[00013] De acordo com o aspecto, uma tensão que ocorre no material de aço devido ao tratamento de modificação de superfície é detectada permitindo que o campo magnético alternado induzido pela bobina permeie o material de aço. Neste processo, a frequência da corrente alternada aplicada à bobina é alterada sucessivamente de modo que a distribuição da tensão na direção de profundidade pode ser detectada. Além disso, usando a impedância Z1, um sinal correspondente à impedância da bobina e a razão S/N (S: tensão de avaliação, N: ruído que não é proveniente da tensão de avaliação) pode ser aumentado, de modo que a precisão de avaliação pode ser aprimorada. Assim, a tensão residual no material de aço submetido ao tratamento de modificação de superfície pode ser avaliada com precisão considerando a distribuição dele na direção de profundidade.

[00014] De acordo com uma modalidade, o método pode incluir ainda uma etapa de medição de impedância de referência de medir preliminarmente e com antecedência uma impedância de referência Z0 em cada uma das diferentes frequências para o objeto ainda a ser submetido ao tratamento de modificação de superfície. Na etapa de avaliação, uma razão de impedância entre a impedância de referência Z0 e a impedância Z1 pode ser computada para cada uma das diferentes frequências, e a tensão residual no objeto submetido ao tratamento de modificação de superfície pode ser avaliada com base no conjunto de valores. Uma vez que a avaliação é feita com base na razão de impedância entre as impedâncias medidas para o objeto ainda a ser submetido ao tratamento de modificação de superfície e o objeto submetido ao tratamento de modificação de superfície respectivamente. o desvio de tensão devido a variações da temperatura ambiente e umidade pode ser reduzido. Além disso, variações das características eletromagnéticas causadas pelo tratamento de modificação de superfície podem ser extraídas de modo seletivo. Assim, a avaliação da tensão residual no material de aço submetido ao tratamento de modificação de superfície pode ser realizada com precisão considerando a distribuição dele na direção de profundidade.

[00015] De acordo com uma modalidade, na etapa de avaliação, uma reatância indutiva X1 pode ser calculada para cada uma das frequências oriundas da impedância Z1, e a tensão residual no material submetido ao tratamento de modificação de superfície pode ser avaliada com base na reatância indutiva X1. Uma vez que a reatância indutiva, a qual é o componente de eixo Y da impedância (parte imaginária da impedância complexa), é calculada, e a avaliação é feita com base na reatância indutiva, a permeabilidade magnética do objeto pode ser avaliada de modo seletivo. Em consequência, a precisão de avaliação é aprimorada.

[00016] De acordo com uma modalidade, a frequência da corrente alternada pode ser convertida na profundidade de permeação do campo magnético alternado de acordo com a equação a seguir, e a distribuição da tensão residual no objeto submetido ao tratamento de modificação de superfície na direção de profundidade pode ser avaliada com base na profundidade de permeação convertida. A distribuição da tensão na direção de profundidade pode ser captada e avaliada com precisão.

y: profundidade de permeação de campo magnético alternado (μm) k: coeficiente de correção x: frequência de corrente alternada (Hz) μ: permeabilidade magnética de material de aço (H/m) o: condutividade elétrica de material de aço (S/m) De acordo com uma modalidade, o conjunto de valores computados (razões de impedância) pode ser plotado em um sistema de coordenada com os seguintes eixos de coordenada A e B. A distribuição da tensão no material de aço provocada pelo tratamento de modificação de superfície pode ser captada visualmente.

[00017] O eixo de coordenada A indica razão de impedância entre a impedância de referência Z0 medida para o objeto ainda a ser submetido ao tratamento de modificação de superfície e a impedância Z1 medida para o objeto submetido ao tratamento de modificação de superfície.

[00018] O eixo de coordenada B indica a frequência.

[00019] De acordo com uma modalidade, na etapa de avaliação da tensão residual, a tensão residual no objeto submetido ao tratamento de superfície pode ser avaliada com base em uma trajetória de um gráfico do conjunto de razões de impedância computadas plotado no sistema de coordenada tendo os eixos de coordenada A e B e uma ou mais das razões de impedância incluindo um extremo da trajetória. A avaliação da tensão residual pode ser feita com base tanto no modo em que a tensão provocada pelo tratamento de modificação de superfície é distribuída no objeto como na razão de impedância na profundidade em que a tensão alcança o extremo.

[00020] De acordo com uma modalidade, na etapa de avaliação, a qualidade do tratamento de modificação de superfície pode ser determinada comparando uma ou mais razões de impedância computadas incluindo o extremo com um ou mais limiares predefinidos. Se o tratamento de modificação de superfície foi realizado de modo apropriado ou não pode ser determinado considerando a distribuição na direção de profundidade.

Efeito Vantajoso da Invenção

[00021] De acordo com o aspecto e as modalidades, um método de avaliação de características de superfície que pode avaliar com precisão uma tensão residual em um material de aço submetido a um tratamento de modificação de superfície considerando a distribuição da tensão residual na direção de profundidade pode ser provido. Portanto, o grau do tratamento de modificação de superfície realizado no material de aço pode ser avaliado com precisão considerando a distribuição do mesmo na direção de profundidade.

Breve Descrição dos Desenhos

[00022] A figura 1 é um diagrama de circuito para ilustração de uma modalidade da presente invenção.

[00023] A figura 2 é um diagrama esquemático para ilustração de uma corrente de Foucault gerada ao redor de uma bobina de acordo com a modalidade da presente invenção.

[00024] A figura 3 é um fluxograma para ilustração de um método de avaliação de características de superfície de acordo com a modalidade da presente invenção.

[00025] A figura 4 é um gráfico para ilustração de exemplos na modalidade da presente invenção.

[00026] A figura 5 é um gráfico mostrando a tensão residual em um material de aço usado no exemplo na modalidade da presente invenção.

[00027] A figura 6 é um diagrama de circuito para ilustração de outra modalidade (modificação 1) da presente invenção.

[00028] A figura 7 é um diagrama de circuito para ilustração de outra modalidade (modificação 2) da presente invenção.

Descrição de Modalidades

[00029] Uma modalidade da presente invenção será descrita fazendo-se referência aos desenhos. Na descrição a seguir, as direções para cima, para baixo, para a esquerda e para a direita indicam as direções respectivas nos desenhos, a menos que do contrário especificado.

[00030] (Equipamento de Avaliação de Características de Superfície)

[00031] Um equipamento de avaliação de características de superfície 1 de acordo com uma modalidade inclui um oscilador 10, um detector 20 e um instrumento de medição 30.

[00032] O oscilador 10 inclui uma fonte de alimentação CA 11 e um circuito de alteração de frequência 12. O circuito de alteração de frequência 12 está conectado à fonte de alimentação CA 11 e pode alterar a frequência da saída de corrente alternada proveniente da fonte de alimentação CA 11.

[00033] O detector 20 inclui uma bobina 21. A bobina 21 está conectada à fonte de alimentação CA 11 em uma extremidade (ponto A) da mesma e é alimentada com uma saída de corrente alternada proveniente da fonte de alimentação CA 11. O símbolo de diagrama de circuito na caixa de linha tracejada que circunda a bobina 21 na Fig. 1 representa um circuito equivalente eletricamente da bobina 21.

[00034] O instrumento de medição 30 inclui um circuito de amplificação 31, um circuito de valor absoluto 32, um filtro de baixa passagem (FBP) 33, um circuito de conversão I/V 34, um circuito de valor absoluto 35, um FBP 36, um meio de controle 37, e uma unidade de exibição 38. Além disso, o instrumento de medição 30 inclui meios de armazenagem no meio de controle 37 ou em uma seção não mostrada. Mais especificamente, o meio de controle 37 pode estar constituído, por exemplo, por um microprocessador, um circuito de interface, uma memória e um programa que permite a operação destes componentes (todos eles não estão mostrados no desenho).

[00035] O circuito de amplificação 31 está conectado a pontos A e B, os quais são extremidades opostas da bobina 21. Um sinal indicando a diferença de potencial entre os pontos A e B é aplicado ao circuito de amplificação 31 e amplificado. O sinal amplificado é retificado por onda completa pelo circuito de valor absoluto 32, e o sinal resultante é convertido em uma corrente direta pelo FBP 33. O sinal convertido é aplicado ao meio de controle 37.

[00036] O circuito de conversão I/V 34 está conectado à outra extremidade (ponto B) da bobina 21. Um sinal indicando o valor de uma corrente fluindo pela bobina 21 é aplicado ao circuito de conversão I/V 34 e convertido em um sinal indicando uma diferença de potencial. O sinal é retificado por onda completa pelo circuito de valor absoluto 35, e o sinal resultante é convertido em uma corrente direta pelo FBP 36. O sinal convertido é aplicado ao meio de controle 37.

[00037] O meio de controle 37 está conectado ao circuito de alteração de frequência 12 e aos FBPs 33 e 36 e recebe um sinal indicando a frequência da corrente alternada aplicada à bobina 21 e os sinais que passaram através dos FBPs 33 e 36 na frequência. Com base nestes sinais de entrada, o meio de controle 37 realiza uma computação e avalia as características de superfície de um objeto com base no resultado de computação. A frequência da corrente alternada pode ser alterada manualmente, ou alterada automaticamente se o meio de controle 37 possui uma função de transmissão de um sinal para o circuito de alteração de frequência 12 a fim de alterar sucessivamente a frequência. Esta modalidade é o último caso.

[00038] A unidade de exibição 38 exibe o resultado da avaliação pelo meio de controle 37 ou uma advertência sobre o resultado de avaliação.

(Método de Avaliação)

[00039] A seguir, será descrito um método que avalia as características de superfície do objeto usando o equipamento de avaliação de características de superfície 1 de acordo com esta modalidade. Continuando, será descrito um caso onde o tratamento de jateamento por granalha (doravante referido como tratamento JG) é selecionado como o tratamento de modificação de superfície, e uma tensão residual compressiva em um material de aço submetido ao tratamento JG é avaliada como o grau do tratamento de modificação de superfície.

S01: Etapa de Preparação

[00040] O equipamento de avaliação de características de superfície 1 e um material de aço ainda a ser submetido ao tratamento JG (um objeto ainda a ser tratado) são preparados. Nesta modalidade, um pedaço de aço cromo- molibdênio (SCM420H definido em JIS G4053) com um diâmetro de 40 mm e um comprimento de 30 mm carburado é preparado.

S02: Primeira Etapa de Posicionamento (para o objeto ainda a ser tratado)

[00041] O objeto ainda a ser tratado como objeto é colocado no detector 20. O modo como o objeto é posicionado não está particularmente limitado desde que o campo magnético alternado induzido ao redor da bobina 21 na etapa subsequente possa permear o objeto. Nesta modalidade, o objeto ainda a ser tratado é colocado dentro da bobina 21 no centro da seção cruzada circular da bobina 21 de tal maneira que todo o objeto ainda a ser tratado fica dentro da bobina 21. Ao colocar o objeto desta maneira, as variações na direção perpendicular à direção de profundidade do objeto devido ao seu material podem ser reduzidas, e, por conseguinte, a precisão de medição pode ser aprimorada.

[00042] S03: Etapa de Medição para Objeto a ser Tratado (Etapa de

Medição de Impedância de Referência)

[00043] Em uma primeira etapa de geração de corrente de Foucault, o meio de controle 37 fornece um sinal para controlar a frequência da saída de corrente alternada da fonte de alimentação (corrente alternada) CA 11 para o circuito de alteração de frequência 12, e a fonte de alimentação CA 11 é ativada. Logo após a ativação da fonte de alimentação CA 11, um campo magnético alternado é induzido ao redor da bobina 21 (ver figura 2). Uma vez que o objeto é colocado dentro da bobina 21, o campo magnético alternado permeia o objeto. O campo magnético permeante alternado provoca uma corrente de Foucault na superfície do objeto. A corrente de Foucault induz um campo magnético oposto contra o campo magnético alternado. A permeabilidade magnética varia com a magnitude da tensão residual. Assim, a magnitude do fluxo magnético total do campo magnético oposto e do campo magnético alternado varia com a magnitude da tensão residual, o que indica o grau do tratamento de modificação de superfície. Ou seja, dependendo da magnitude da tensão residual, sinais indicando as características elétricas da bobina pela qual a corrente alternada está fluindo (o sinal indicando a diferença de potencial através da bobina (entre os pontos A e B) e o sinal indicando o valor da corrente que passou pela bobina) variam. A partir deste sinal que passou pelo circuito de amplificação 31, o circuito de valor absoluto 32 e o FBP 33 a ser inserido no meio de controle 37 e o sinal que passou pelo circuito de conversão I/V 34, o circuito de valor absoluto 35 e o FBP 36 a ser inserido no meio de controle 37, o meio de controle 37 calcula uma impedância Z0 na frequência.

[00044] Além disso, a profundidade a qual o campo magnético alternado permeia todo o objeto depende da frequência da corrente alternada. Em vista disto, em uma primeira etapa de alteração de frequência, o meio de controle 37 altera a frequência da saída de corrente alternada proveniente da fonte de alimentação CA 11. Em uma primeira etapa de detecção, enquanto altera a frequência da corrente alternada, os sinais indicando as características elétricas da corrente alternada em diferentes frequências são detectados, e a impedância Z0 da bobina 21 é calculada a partir destes sinais e armazenada no meio de armazenagem.

S04: Etapa de Tratamento de Modificação de Superfície

[00045] O objeto ainda a ser tratado é removido do detector 20, e a tensão residual compressiva é conferida ao objeto no tratamento JG para prover o material de aço submetido ao tratamento de modificação de superfície.

(objeto com superfície modificada)

[00046] S05: Etapa de Medição (Objeto com Superfície Modificada)

[00047] Em uma segunda etapa de posicionamento de objeto, o material de aço (objeto com superfície modificada) para o tratamento de modificação de superfície na etapa S04 é colocado no detector 20. Depois, uma segunda etapa de geração de corrente de Foucault, uma segunda etapa de alteração de frequência e uma segunda etapa de detecção semelhante à primeira etapa de geração de corrente de Foucault, à primeira etapa de alteração de frequência e à primeira etapa de detecção realizada na etapa S03, respectivamente, são realizadas, e uma impedância Z1 da bobina em diferentes frequências é calculada. As frequências usadas na etapa S05 são as mesmas que aquelas usadas na etapa S03. Uma vez que o campo magnético oposto acima varia com a magnitude da tensão residual compressiva que indica o grau do tratamento de modificação de superfície, o grau do tratamento de modificação de superfície do objeto pode ser avaliado avaliando as características elétricas da corrente alternada que flui pela bobina.

S06: Etapa de determinação (Etapa de Avaliação)

[00048] O meio de controle 37 computa a razão (Z1/Z0) da impedância Z1 em relação à impedância Z0 para cada uma das diferentes frequências a fim de obter um conjunto de valores computados. Mediante o uso da razão de impedância (Z1/Z0) para avaliação das características de superfície, o desvio de tensão devido a variações do ambiente de medição (temperatura, umidade, etc.) pode ser reduzido. Além disso, uma vez que as variações das características eletromagnéticas do objeto provocadas pelo tratamento de modificação de superfície podem ser seletivamente extraídas, a precisão da avaliação das características de superfície é aprimorada.

[00049] Um gráfico (sistema de coordenada) que indica razão de impedância ((Z1/Z0) no eixo vertical e frequência no eixo horizontal é preparado, e pontos correspondendo ao conjunto de valores computados indicando a razão de impedância (Z1/Z0) calculada para cada uma das diferentes frequências são plotados no gráfico. A frequência corresponde à profundidade da superfície do objeto, de modo que a distribuição da tensão residual compressiva na direção de profundidade, que indica o grau do tratamento de modificação de superfície, pode ser visualmente captado a partir da trajetória no gráfico.

[00050] O eixo horizontal pode indicar profundidade desde a superfície do material de aço, que pode ser calculada a partir da frequência. A relação entre a frequência e a profundidade desde a superfície do material de aço pode ser calculada a partir da curva de calibração mostrando uma relação entre a frequência e a profundidade desde a superfície do material de aço, que é criada de acordo com a seguinte fórmula 1. Na formula 1, o coeficiente de correção k é um valor que varia, por exemplo, com o formato do objeto, (por exemplo, o volume do objeto), as propriedades do objeto (por exemplo, tenha ou não ocorrido um tratamento de calor no objeto antecipadamente), ou as condições do tratamento JG (por exemplo, o diâmetro ou dureza do jateamento de partículas ou a duração de injeção ou pressão de injeção das partículas). O coeficiente de correção k é calculado experimentalmente com antecedência.

y: profundidade de permeação de campo magnético alternado (μm) k: coeficiente de correção x: frequência de corrente alternada (Hz) μ: permeabilidade magnética de material de aço (H/m) o: condutividade elétrica de material de aço (S/m)

[00051] A partir da distribuição obtida, o meio de controle 37 determina a qualidade do tratamento de modificação de superfície. Os processos de determinação serão ilustrados a seguir. No entanto, a presente invenção não está limitada a estes processos.

[00052] Um jogo de limiares e uma faixa permissível para determinação se o tratamento JG foi realizado de modo apropriado ou não são calculados com antecedência. Uma pluralidade de peças de material de aço na qual o tratamento JG foi realizado de modo apropriado (itens em conformidade) e uma pluralidade de peças de material de aço na qual o tratamento JG foi realizado de modo inapropriado (itens com falhas) são medidas nas etapas S01 a S04 descritas acima, e o conjunto de limiares da razão de impedância e a frequência ou profundidade desde a superfície do material de aço associado com a razão de impedância e a faixa permissível são determinados com base na medição.

[00053] O conjunto de limiares são comparados com o conjunto de valores computados. Por exemplo, diversas (seis, por exemplo) frequências, incluindo a frequência na qual a trajetória do gráfico do conjunto de valores computados, ou seja, os valores calculados da razão de impedância, alcança um extremo e frequências na proximidade dele são selecionadas, e os valores da razão de impedância nas frequências selecionadas são computados com os limiares respectivos. Se todos os valores comparados se estendem dentro das faixas permissíveis dos limiares respectivos, é determinado que o tratamento JG foi realizado de modo apropriado. Se quaisquer dos valores não se estendem dentro da faixa permissível do limiar, é determinado que o tratamento JG foi realizado de modo inapropriado.

[00054] Outro método de determinação envolve a determinação de se o gráfico indicando o conjunto de valores computados (o gráfico indicando a relação entre a frequência ou profundidade desde a superfície do material de aço e a razão de impedância) estende-se dentro de uma faixa permissível de um gráfico correlativo indicando o conjunto de limiares, e a determinação de se um extremo do gráfico da razão de impedância estende-se dentro de uma faixa permissível de um extremo do conjunto de limiares. Se ambos se estendem dentro de uma faixa permissível do conjunto de limiares, é determinado que o tratamento JG foi realizado de modo apropriado. Se um ou outro não se estende dentro da faixa permissível do conjunto de limiares, é determinado que o tratamento JG é realizado de modo inapropriado.

S07: Etapa de Saída

[00055] O resultado da determinação da qualidade do tratamento de modificação de superfície é fornecido na unidade de exibição 38. A unidade de exibição 38 pode simplesmente exibir o resultado de determinação ou pode gerar adicionalmente um alarme quando é determinado que a qualidade do tratamento de modificação de superfície é ruim. Alternativamente, a unidade de exibição 38 pode exibir o gráfico descrito acima (o gráfico mostrando a relação entre a frequência (de profundidade desde a superfície do material de aço) e a razão de impedância).

[00056] Por meio das etapas descrita acima, o grau do tratamento de modificação de superfície pode ser avaliado considerando a distribuição do mesmo na direção de profundidade desde a superfície do objeto.

[00057] A seguir, será descrito um resultado de avaliação das características de superfície de um material de aço usando o equipamento de avaliação de características de superfície 1 de acordo com esta modalidade.

[00058] O tratamento de jateamento por granalha foi realizado na peça de aço cromo-molibdênio (com um diâmetro de 40 mm e um comprimento de 30 mm) carburizado descrito acima de acordo com as condições nas quais as partículas com diâmetros médios estendendo-se de 50 μm a 1000 μm (disponíveis de SHINTOKOGIO, LTD) foram jateadas com uma máquina de jateamento por granalha (disponíveis de SHINTOKOGIO, LTD) a uma pressão de injeção de 0.3 MPa abrangendo uma cobertura de 300% (ver Tabela 1). As peças de aço cromo-molibdênio submetido ao tratamento de jateamento por granalha foram usadas como objetos.

[00059] [Tabela 1]

[00060] A frequência (frequência operacional) da corrente alternada foi fixada para estender-se de 10 kHz a 20 MHz.

[00061] A partir da curva de calibração, a profundidade de permeação do campo magnético alternado foi calculada a partir da frequência operacional.

[00062] O resultado está mostrado nas figs. 4. Como pode ser visualizado na fig. 4, a profundidade na qual a trajetória da razão de impedância (Z1/Z0) alcança um extremo está na proximidade de 10 μm para o objeto A, na proximidade de 25 μm para o objeto B, e na proximidade de 55μm para o objeto C.

[00063] A fig. 5 mostra um resultado de medição da tensão residual compressiva no objeto A a C por um dispositivo de medição de tensão por raios-X. Como pode ser visualizado na fig. 5, a profundidade na qual a trajetória da tensão residual alcança um extremo está na proximidade de 5 a 10 μm para o objeto A, na proximidade de 20 μm para o objeto B, e na proximidade de 50 μm para o objeto C. As profundidades as quais a trajetória alcança um extremo mostradas nas figs. 4 e 5 são geralmente correlatas, e isto sugere que o equipamento de avaliação de características de superfície e o método de avaliação de características de superfície de acordo com a presente invenção podem avaliar o grau do tratamento de modificação de superfície considerando a distribuição na direção de profundidade.

(Modificação 1)

[00064] A figura 6 mostra um equipamento de avaliação de características de superfície 2 de acordo com outra modalidade. Um instrumento de medição 30 do equipamento de avaliação de características de superfície 2 de acordo com esta modalidade inclui o circuito de amplificação 31, um circuito de conversão A/D 39a, o circuito de conversão I/V 34, um circuito de conversão A/D 39b, o meio de controle 37, e a unidade de exibição 38. Além disso, o meio de controle 37 incorpora meios de armazenagem 37a. Os meios de armazenagem 37a podem estar providos fora do meio de controle 37. O oscilador 10 e o detector 20 estão configurados do mesmo modo que os da modalidade descrita anteriormente, de modo que as suas descrições serão omitidas, e a descrição a seguir estará focada nas diferenças da modalidade descrita anteriormente.

[00065] O circuito de amplificação 31 está conectado aos pontos A e B, os quais são extremidades opostas da bobina 21. O sinal indicando a diferença de potencial entre os pontos A e B é aplicado ao circuito de amplificação 31 e amplificado. O sinal amplificado é convertido de uma tensão analógica para um sinal digital pelo circuito de conversão A/D 39a. O sinal digital convertido é aplicado ao meio de controle 37.

[00066] O circuito de conversão I/V 34 está conectado a uma extremidade (ponto B) da bobina 21. O sinal indicando o valor da corrente fluindo pela bobina 21 é aplicado ao circuito de conversão I/V 34 e convertido em um sinal de tensão analógica. A saída de sinal de tensão analógica desde o circuito de conversão I/V 34 é convertido em um sinal digital pelo circuito de conversão A/D 39b, e o sinal resultante é aplicado ao meio de controle 37.

[00067] O meio de controle 37 processa os sinais digitais respectivamente recebidos do circuito de conversão A/Ds 39a e 39b por um processamento de sinal digital. Mais especificamente, cada um dos sinais digitais recebidos do circuito de amplificação 31 e do circuito de conversão I/V 34 é um sinal em séries temporais que varia de uma maneira de corrente alternada, e é convertido em um sinal digital do tipo de corrente direta por uma computação digital equivalente ao circuito de valor absoluto 32, 35 e o FBP 33, 36 (ver figura 1) na modalidade descrita anteriormente. Assim, a entrada de sinal de tensão analógica de corrente alternada para cada um dos circuitos de conversão A/Ds 39a e 39b é convertido no meio de controle 37 em um valor digital proporcional à amplitude do sinal de corrente alternada. A impedância é calculada com base nestes valores digitais.

[00068] O equipamento de avaliação de características de superfície 2 de acordo com esta modalidade usa um processamento de sinal digital para computação de sinal e, por conseguinte, é menos suscetível a ruído. Assim, mesmo em um ambiente onde é provável que ocorra ruído, a avaliação pode ser feita com maior precisão.

(Modificação 2)

[00069] A figura 7 mostra um equipamento de avaliação de características de superfície 3 de acordo com outra modalidade. O equipamento de avaliação de características de superfície 3 de acordo com esta modalidade difere do equipamento de avaliação de características de superfície 1 (ver figura 1) de acordo com a modalidade descrita anteriormente em que o instrumento de medição 30 adicionalmente inclui um circuito de detecção de fase 301, um circuito de valor absoluto 302 e um FBP 303. O oscilador 10 e o detector 20 estão configurados do mesmo modo que os da modalidade descrita anteriormente, de modo que suas descrições serão omitidas, e a descrição a seguir focará nos componentes adicionais do instrumento de medição 30.

[00070] O circuito de detecção de fase 301 está conectado à fonte de alimentação CA 11 e a uma extremidade (ponto B) da bobina 21. Um sinal indicando a diferença de fase entre a corrente fluindo pela bobina 21 e a tensão aplicada pela fonte de alimentação CA 11 é transmitida desde o circuito de detecção de fase 301, retificado por onda completa pelo circuito de valor absoluto 302, e depois convertido em um sinal de corrente contínua pelo FBP 303. O sinal convertido é aplicado ao meio de controle 37. Ou seja, um sinal de tensão proporcional à diferença de fase entre a tensão aplicada à bobina 21 e a corrente que passou pela bobina 21 é aplicado ao meio de controle 37.

[00071] Na etapa de medição S03 (ver figura 3), o meio de controle 37 calcula a impedância Z0 para o objeto ainda a ser tratado. Além disso, a partir do sinal recebido do FBP 303, o meio de controle 37 calcula uma diferença de fase α0 para o objeto ainda a ser tratado. Da impedância calculada Z0 e a diferença de fase α0, o meio de controle 37 calcula uma reatância indutiva X0 para diferentes frequências de acordo com a formula Xo = Zo x sinαo. Além disso, na etapa de medição S05 (ver figura 3), o meio de controle 37 calcula a impedância Z1 e uma diferença de fase α1 para o objeto com superfície modificada da mesma maneira como descrita acima, e calcula uma reatância indutiva X1 para as diferentes frequências.

[00072] Na etapa de determinação So6 (ver figura 3), o meio de controle 37 computa a razão (X1/Xo) da reatância indutiva X1 (para o objeto com superfície modificada) em relação à reatância indutiva Xo (para o objeto ainda a ser tratado) descrita acima para as diferentes frequências. Mediante o uso da razão de reatância indutiva para avaliação das características de superfície, a permeabilidade magnética do objeto pode ser seletivamente avaliada. Embora a reatância indutiva assuma um valor menor que a impedância assume, a reatância indutiva é superior à impedância em sensibilidade a uma variação das características elétricas. Quando é necessário uma avaliação altamente precisa, em particular, a avaliação pode ser feita com alta precisão usando a razão de reatância indutiva.

[00073] A reatância indutiva pode ser calculada por um processamento de sinal analógico como nesta modalidade, ou pode ser calculada por um processamento de sinal digital pelo meio de controle 37 no circuito mostrado na figura 6. No último caso, uma computação digital equivalente ao circuito de detecção de fase 3o1, o circuito de valor absoluto 3o2 e o FBP 3o3 no circuito mostrado na figura 7 é realizada no meio de controle 37, e a reatância indutiva (Xo, X1) é computada com base na diferença de fase determinada (αo, α1). Mais especificamente, o meio de controle 37 realiza as seguintes computações a) a c).

[00074] a) O meio de controle 37 calcula a diferença de fase (αo, α1) entre o sinal digital convertido A/D a partir da tensão entre as extremidades opostas da bobina pelo circuito de conversão A/D 39a e o sinal digital convertido A/D a partir da corrente fluindo pela bobina pelo circuito de conversão A/D 39b.

[00075] b) O meio de controle 37 calcula a impedância (Z0, Z1) desde o sinal digital recebido via o circuito de conversão A/D 39a, 39b de acordo com a computação descrita acima com referência à figura 6.

[00076] c) O meio de controle 37 calcula a reatância indutiva (X0, X1) usando a diferença de fases e as impedâncias calculadas nos cálculos a) e b) descritos acima.

Aplicabilidade Industrial

[00077] Na modalidade descrita anteriormente, a avaliação do grau do tratamento de jateamento por granalha realizado em um material de aço carburizado foi descrita. No entanto, o equipamento de avaliação de características de superfície e o método de avaliação de características de superfície de acordo com a presente invenção também podem ser aplicados à avaliação de um material de aço submetido a vários tratamentos de calor como o tratamento de modificação de superfície. Ademais, o equipamento de avaliação de características de superfície e o método de avaliação de características de superfície de acordo com a presente invenção também podem ser aplicados à avaliação de um material de aço submetido apenas ao tratamento de jateamento por granalha. Lista de Sinais de Referência 1 equipamento de avaliação de características de superfície 2 equipamento de avaliação de características de superfície de acordo com outra modalidade (modificação 1) 3 equipamento de avaliação de características de superfície de acordo com outra modalidade (modificação 2) 10 oscilador 11 fonte de alimentação CA 12 circuito de alteração de frequência 20 detector 21 bobina 30 instrumento de medição 31 circuito de amplificação 32 circuito de valor absoluto 33 FBP 34 circuito de conversão I/V 35 circuito de valor absoluto 36 FBP 37 meio de controle 38 unidade de exibição 39a circuito de conversão A/D 39b circuito de conversão A/D 301 circuito de detecção de fase 302 circuito de valor absoluto 303 FBP

Claims

1. Método de avaliação de características de superfície que avalia uma tensão residual em um objeto feito de um material de aço submetido a um tratamento de modificação de superfície, compreendendo: uma etapa de preparação de preparar um equipamento de avaliação de características de superfície (1) que inclui um oscilador (10) incluindo uma fonte de alimentação CA (11) e um circuito de alteração de frequência (12), um detector (20) incluindo uma bobina (21) e conectado ao oscilador (10), e um instrumento de medição (30) conectado ao circuito de alteração de frequência (12) e ao detector (20); uma etapa de posicionamento de objeto de posicionar o objeto de tal maneira que um campo magnético alternado induzido pela bobina (21) permeia o objeto; uma etapa de geração de corrente de Foucault de gerar uma corrente de Foucault no objeto ativando a fonte de alimentação CA (11) para fazer com que a bobina (21) induza o campo magnético alternado e permita que o campo magnético permeie o objeto; uma etapa de alteração de frequência de alterar sucessivamente a frequência da corrente alternada pelo circuito de alteração de frequência (12); desse modo alterar sucessivamente uma profundidade de permeação do campo magnético no objeto; caracterizado pelo fato de que o método compreende ainda: uma etapa de cálculo de impedância de calcular uma magnitude de impedância Z1 para cada uma das diferentes frequências detectando um sinal representando uma diferença de potencial entre extremidades opostas da bobina (21) e um sinal representando um valor de uma corrente fluindo pela bobina (21) por meio de circuitos de valor absoluto, respectivamente; e uma etapa de avaliação de avaliar a tensão residual no objeto com base na magnitude de impedância Z1; e uma etapa de medição de impedância de medir preliminarmente uma magnitude de impedância de referência Z0 em cada uma das diferentes frequências para um objeto ainda a ser submetido ao tratamento de modificação de superfície, em que na etapa de avaliação, as razões de impedância entre a magnitude de impedância de referência Z0 e a magnitude de impedância Z1 são computadas para cada uma das diferentes frequências, e a tensão residual no objeto submetido ao tratamento de modificação de superfície é avaliado com base nas razões de impedância.

2. Método de avaliação de características de superfície de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que na etapa de avaliação, a reatância indutiva X1 são calculadas para cada uma das frequências oriundas da magnitude de impedância Z1, e a tensão residual no objeto submetido ao tratamento de modificação de superfície é avaliada com base na reatância indutiva X1.

3. Método de avaliação de características de superfície de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que na etapa de avaliação, a frequência da corrente alternada é convertida na profundidade de permeação do campo magnético alternado de acordo com a equação a seguir, e a distribuição da tensão residual no objeto submetido ao tratamento de modificação de superfície na direção de profundidade é avaliada com base na profundidade de permeação convertida 1 y: profundidade de permeação de campo magnético alternado (μm) k: coeficiente de correção x: frequência de corrente alternada (Hz) μ: permeabilidade magnética de material de aço (H/m) o: condutividade elétrica de material de aço (S/m).

4. Método de avaliação de características de superfície de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que na etapa de avaliação, um conjunto das razões de impedância é plotado em um sistema de coordenada cujos eixos de coordenada indicam as razões de impedância entre a magnitude de impedância de referência Z0 e a magnitude de impedância Z1, e a frequência, respectivamente.

5. Método de avaliação de características de superfície de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que na etapa de avaliação, a tensão residual no objeto submetido ao tratamento de modificação de superfície é avaliada em uma trajetória de um gráfico do conjunto das razões de impedância plotado no sistema de coordenada e em uma ou mais das razões de impedância incluindo um extremo da trajetória.

6. Método de avaliação de características de superfície de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que na etapa de avaliação, a qualidade do tratamento de modificação de superfície é determinada comparando uma ou mais das razões de impedância incluindo o extremo com um ou mais limiares predefinidos.