CN102782487B - 铝压铸部件的缺陷检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供能够准确地评价实际的铝压铸部件的强度的铝压铸部件强度评价方法。对预先通过应力分析求出的铝压铸部件(1)的高应力部(5)的预定范围的内部缺陷进行超声波探伤，在该预定范围的内部缺陷的最大缺陷面积为预定值以下时，评价为该铝压铸部件(1)具有预定强度，由此能够准确地评价实际的铝压铸部件(1)的强度。此外，通过所述铝压铸部件强度评价方法进行强度评价，将高应力部(5)的预定范围的内部缺陷的最大缺陷面积设为0.8mm2以下，由此能够得到预定强度的铝压铸部件(1)。

Description

铝压铸部件的缺陷检测方法
技术领域
本发明涉及铝压铸部件的强度评价方法、铝压铸部件以及铝压铸部件的缺陷检测方法，例如适用于车辆的电动助力转向装置中使用的部件等。
背景技术
例如在车辆的电动助力转向装置中使用的柱壳体(column housing)等是由铝压铸部件构成的。作为这种铝压铸部件，例如有下述专利文献1中记载的技术。在该专利文献1中，在使铝压铸部件的壁厚成为5mm以下的状态下，使洛氏硬度成为HRB50以上，由此能够实现制造成本的削减，即使产生了铸造缺陷，也能够得到高强度、高品质的铝压铸部件。此外，作为这种铝压铸部件的强度评价方法，例如有下述专利文献2和专利文献3中记载的技术。其中，在专利文献2中，例如对铸造品照射超声波并根据来自铸造品的声波信息来检测铸造品的铸件气孔和断裂冷硬层，取得第1内部缺陷三维分布数据，对相同的铸造品进行X线CT测量，从铸造品的多个截面图像中检测铸造品的铸件气孔而取得第2内部缺陷三维分布数据，对第1内部缺陷三维分布数据与第2内部缺陷三维分布数据进行比较来取得铸造品的断裂冷硬层的三维分布数据。此外，在专利文献3中，从在铝压铸部件的浇口附近的浇道部内凝固的熔融金属上切割出检查片，计算在作为该检查片的切割面的检测面上露出的断裂冷硬层的面积相对于检测面的面积的面积率，对该面积率和预定的基准值进行比较来判断铝压铸部件的不良。
现有技术文献 
专利文献
专利文献1：日本特开2009-108095号公报
专利文献2：日本特开2005-91288号公报
专利文献3：日本特开2007-111728号公报
发明概要
发明要解决的课题
但是，关于所述专利文献1中记载的铝压铸部件，是对5mm以下的试验片的强度进行了评价，而未对实际的铝压铸部件的强度进行评价。此外，关于所述专利文献2中记载的铝压铸部件的强度评价方法，毕竟只是检查了铝压铸部件的浇道部内的凝固的熔融金属，而不是铝压铸部件自身的评价。与此相对，所述专利文献1中记载的铝压铸部件的强度评价方法能够进行铝压铸部件自身的评价，但是，实质上很难对例如较大的铝压铸部件或复杂的铝压铸部件的所有部分进行检查。实际的铝压铸部件不能避免铸件气孔等内部缺陷，有时会以该内部缺陷为起点发生破坏。此外，铝压铸部件在大多情况下形成为复杂的形状，即使例如利用超声波探伤对内部缺陷进行探伤，也不清楚应该在哪部分进行强度评价。此外，针对实际的铝压铸部件，取得利用超声波探伤得到的内部缺陷三维分布数据、并取得利用X线CT得到的内部缺陷三维分布数据，从而对两者进行比较来取得断裂冷硬层的分布数据是极其困难的。
本发明是着眼于上述那样的问题点而完成的，其目的在于使用超声波探伤准确地评价实际的铝压铸部件。具体而言，目的在于，提供能够准确地评价实际的铝压铸部件的强度，能够得到预定强度的铝压铸部件的铝压铸部件强度评价方法以及铝压铸部件。此外，目的在于，提供能够准确地检测实际的铝压铸部件的内部缺陷、尤其是断裂冷硬层的状态的铝压铸部件的缺陷检测方法。
用于解决课题的手段
为了解决上述课题，本发明的一个方式的铝压铸部件强度评价方法是评价铝压铸部件的强度的方法，该铝压铸部件强度评价方法的特征在于，对预先通过应力分析求出的铝压铸部件的高应力部的预定范围的内部缺陷进行超声波探伤，在该预定范围的内部缺陷的最大缺陷面积为预定值以下时，评价为该铝压铸部件具有预定强度。
此外，评价铝压铸部件的强度的方法的特征在于，针对在预先进行的所述铝压铸部件的弯曲试验中发生了破坏、并且对该铝压铸部件预先进行应力分析而求出的高应力部，对该高应力部的预定范围的内部缺陷进行超声波探伤，在该预定范围的内部缺陷的最大缺陷面积为预定值以下时，评价为该铝压铸部件具有预定强度。
此外，本发明的一个方式的铝压铸部件通过所述铝压铸部件强度评价方法进行了强度评价，该铝压铸部件的特征在于，所述高应力部的预定范围的内部缺陷的最大缺陷面积为0.8mm2以下。
此外，优选的是：所述铝压铸部件是在车辆的电动助力转向装置中使用的部件。
此外，也可以是：所述铝压铸部件是在车辆的电动助力转向装置中使用的柱壳体，所述高应力部是所述柱壳体的夹持部。
此外，本发明的一个方式的铝压铸部件强度评价方法是评价铝压铸部件的强度的方法，该铝压铸部件强度评价方法的特征在于，针对在预先进行的所述铝压铸部件的扭转试验中发生了破坏、并且对该铝压铸部件预先进行应力分析而求出的高应力部，对该高应力部的预定范围的内部缺陷进行超声波探伤，在该预定范围的内部缺陷的最大缺陷面积为预定值以下时，评价为该铝压铸部件具有预定强度。
此外，本发明的一个方式的铝压铸部件通过所述铝压铸部件强度评价方法进行了强度评价，该铝压铸部件的特征在于，所述高应力部的预定范围的内部缺陷的最大缺陷面积为0.8mm2以下。
此外，优选的是：所述铝压铸部件是在车辆的电动助力转向装置中使用的部件。
此外，也可以是：所述铝压铸部件是在车辆的电动助力转向装置中使用的柱壳体，所述高应力部是所述柱壳体的钥匙锁(keylocck)部。
此外，本发明的一个方式的铝压铸部件的缺陷检测方法的特征在于，以使利用超声波探伤得到的图像和利用X线CT得到的图像的与同一缺陷对应的缺陷面积相同的方式预先调整两者的图像输出，对铝压铸部件的预先设定的预定范围的内部缺陷进行超声波探伤，对该预定范围的利用超声波探伤得到的内部缺陷进行图像分析来求出缺陷面积，计算该预定范围的利用超声波探伤得到的内部缺陷的缺陷面积总和作为利用超声波探伤得到的缺陷总量，对所述铝压铸部件的预定范围的内部缺陷进行X线CT，对该预定范围的利用X线CT得到的内部缺陷进行图像分析来求出缺陷面积，计算该预定范围的利用X线CT得到的内部缺陷的缺陷面积总和作为利用X线CT得到的缺陷总量，从利用所述超声波探伤得到的缺陷总量中减去利用X线CT得到的缺陷总量来计算所述铝压铸部件的预先设定的预定范围的断裂冷硬层总量。
此外，优选的是：在求取利用所述超声波探伤得到的内部缺陷的缺陷面积总和以 及利用X线CT得到的内部缺陷的缺陷面积总和时，针对缺陷面积为预先设定的预定面积以上的缺陷面积求出缺陷面积总和。
此外，优选的是：在求取所述利用所述超声波探伤得到的内部缺陷的缺陷面积总和以及利用X线CT得到的内部缺陷的缺陷面积总和时，针对预定范围的每个缺陷面积制作内部缺陷的个数的直方图。
发明的效果 
由此，根据本发明的一个方式的铝压铸部件强度评价方法，对预先通过应力分析求出的铝压铸部件的高应力部的预定范围的内部缺陷进行超声波探伤，在该预定范围的内部缺陷的最大缺陷面积为预定值以下时，评价为该铝压铸部件具有预定强度，因此，能够对实际的铝压铸部件的强度进行准确的评价。
此外，针对在预先进行的弯曲试验中发生了破坏、并且预先通过应力分析求出的铝压铸部件的高应力部，对该高应力部的预定范围的内部缺陷进行超声波探伤，在该预定范围的内部缺陷的最大缺陷面积为预定值以下时，评价为该铝压铸部件具有预定强度，因此，能够对实际的铝压铸部件的强度进行准确的评价。
此外，针对在预先进行的扭转试验中发生了破坏、并且预先通过应力分析求出的铝压铸部件的高应力部，对该高应力部的预定范围的内部缺陷进行超声波探伤，在该预定范围的内部缺陷的最大缺陷面积为预定值以下时，评价为该铝压铸部件具有预定强度，因此，能够对实际的铝压铸部件的强度进行准确的评价。
此外，根据本发明的一个方式的铝压铸部件，通过本发明的铝压铸部件强度评价方法进行了强度评价，且高应力部的预定范围的内部缺陷的最大缺陷面积为0.8mm2以下，由此能够得到预定强度的铝压铸部件。
此外，根据本发明的一个方式的铝压铸部件的缺陷检测方法，以使利用超声波探伤得到的图像和利用X线CT得到的图像的与同一缺陷对应的缺陷面积相同的方式，预先调整两者的图像输出，对铝压铸部件的预先设定的预定范围的内部缺陷进行超声波探伤，对该预定范围的利用超声波探伤得到的内部缺陷进行图像分析来求出缺陷面积，计算该预定范围的利用超声波探伤得到的内部缺陷的缺陷面积总和作为利用超声波探伤得到的缺陷总量。此外，对铝压铸部件的相同预定范围的内部缺陷进行X线CT，对该预定范围的利用X线CT得到的内部缺陷进行图像分析来求出缺陷面积，计算该预定范围的利用X线CT得到的内部缺陷的缺陷面积总和作为利用X线CT得 到的缺陷总量，从利用超声波探伤得到的缺陷总量中减去利用X线CT得到的缺陷总量来计算铝压铸部件的预先设定的预定范围的断裂冷硬层总量。由此，能够准确地检测铝压铸部件的内部缺陷，尤其是断裂冷硬层的状态。
此外，在求取利用超声波探伤得到的内部缺陷的缺陷面积总和以及利用X线CT得到的内部缺陷的缺陷面积总和时，如果针对缺陷面积为预先设定的预定面积以上的缺陷面积求出缺陷面积的总和，则能够进一步准确地检测铝压铸部件的内部缺陷，尤其是断裂冷硬层的状态。
此外，在求取利用超声波探伤得到的内部缺陷的缺陷面积总和以及利用X线CT得到的内部缺陷的缺陷面积总和时，如果针对预定范围的每个缺陷面积制作内部缺陷的个数的直方图，则能够容易地识别铝压铸部件的内部缺陷状态。
附图说明
图1是示出本发明的铝压铸部件强度评价方法的第1实施方式的说明图。
图2是示出图1的铝压铸部件强度评价方法中的内部缺陷探伤的说明图。
图3是第1实施方式中的铝压铸部件的破坏部的说明图。
图4是第1实施方式中的铝压铸部件的高应力部的说明图。
图5是第1实施方式中的铝压铸部件的高应力部的说明图。
图6是在第1实施方式中利用图2的内部缺陷探伤得到的图像的说明图。
图7是在第1实施方式中利用图2的内部缺陷探伤得到的探伤图像。
图8是对图7的探伤图像进行二值化后的图像。
图9是利用图像分析从图8的二值化探伤图像中计算出内部缺陷面积的说明图。
图10是示出第1实施方式中的内部缺陷面积和弯曲试验载荷之间的关系的说明图。
图11是示出本发明的铝压铸部件强度评价方法的第2实施方式的、因铝压铸部件的扭转试验产生的破坏部的说明图。
图12是第2实施方式中的铝压铸部件的高应力部的说明图。
图13是第2实施方式中的铝压铸部件的高应力部的说明图。
图14是在第2实施方式中利用图2的内部缺陷探伤得到的探伤图像。
图15是对图14的探伤图像进行二值化后的图像。
图16是利用图像分析从图15的二值化探伤图像中提取出内部缺陷面积的图像。
图17是示出第2实施方式中的内部缺陷面积和弯曲试验载荷之间的关系的说明图。
图18是在本发明的铝压铸部件的缺陷检测方法的一个实施方式中，利用超声波探伤得到的断裂冷硬层和铸件气孔的图像以及截面照片图像。
图19是针对长条状试样，利用超声波探伤和X线CT得到的铸件气孔和断裂冷硬层的图像以及断裂冷硬层的照片图像。
图20是针对拉伸试验片，利用超声波探伤和X线CT得到的铸件气孔和断裂冷硬层的图像以及断裂面的照片图像。
图21是利用超声波探伤和X线CT得到的人工缺陷的图像以及照片图像。
图22是铝压铸部件的利用超声波探伤和X线CT得到的铸件气孔和断裂冷硬层的图像。
图23是利用超声波探伤和X线CT得到的断裂冷硬层的图像以及截面照片图像。
图24是利用超声波探伤得到的内部缺陷的图像以及缺陷面积、缺陷面积的直方图、由缺陷面积的总和构成的缺陷总量的说明图。
图25是断裂冷硬层的总量计算的说明图。
具体实施方式
接着，参照附图来说明本发明的铝压铸部件强度评价方法的第1实施方式。
图1是在本实施方式的铝压铸部件强度评价方法中使用的6轴活动超声波探伤装置的说明图，图1a是装置的整体图，图1b是被探伤物和转台的详细图，图1c是内部缺陷探伤的说明图。图中的标号1是本实施方式中作为强度评价对象的铝压铸部件，例如是电动助力转向装置的柱壳体。
在本实施方式中，在转台2上搭载铝压铸部件(柱壳体)1，一边使转台2旋转一边使探头(探针)3从上方朝下方移动，对铝压铸部件1的内侧进行螺旋状探伤。本实施方式的铝压铸部件(柱壳体)1具有圆筒部，因此，利用超声波探伤装置对该 圆筒部的后述高应力部进行探伤，检测内部缺陷。
在探伤时，如图2a所示，在铝压铸部件1的表面回波与底面回波之间设定了评价门限。评价门限是指探伤范围。在超声波探伤中，从探头3振荡出的超声波在铝压铸部件1的表面和底面发生反射而返回。其反射波分别成为表面回波、底面回波。如图2b所示，在铝压铸部件1的探伤范围内部存在内部缺陷4的情况下，在表面回波与底面回波之间、即评价门限的范围内显现出缺陷回波。表面回波的时刻和底面回波的时刻是已知的，因此，处于两个时刻之间的回波就是缺陷回波。并且，使用了在铝压铸部件1的内部图示出该缺陷回波的最大回波的方法。另外，设作为本实施方式的铝压铸部件1的柱壳体的圆筒部内径为探伤范围为该圆筒部的轴线方向90mm的范围。此外，对铝压铸部件(柱壳体)1的圆筒部的内周面进行车削加工比较容易检测出缺陷回波。
在探伤之前，进行了作为铝压铸部件1的柱壳体的弯曲试验。弯曲试验的结果是，在图3所示的A部分处、具体而言是在夹持部处发生了破坏(断裂)。另一方面，进行了铝压铸部件(柱壳体)1的应力分析，结果可知，同样作为夹持部的图4所示的B部分是高应力部。对两者进行比较可知，在通过应力分析得到的铝压铸部件1的高应力部处、即柱壳体的夹持部处发生了破坏。即，在该高应力部(夹持部)处容易产生例如以内部缺陷为起点的破坏，因此对高应力部(夹持部)的内部缺陷进行了探伤。
在图5中，示出了本实施方式的铝压铸部件(柱壳体)1的高应力部(夹持部)5。图中的黑框内相当于高应力部(预定范围)5。包含该高应力部(夹持部)5在内，对铝压铸部件(柱壳体)1的内部进行超声波探伤，在如图6所示地将该铝压铸部件(柱壳体)1的圆筒部的内部展开后的图上示出内部缺陷。
图7是利用超声波探伤得到的探伤图像，图7a是铝压铸部件(柱壳体)1的圆筒部的板厚的中央附近的探伤图像，图7b是铝压铸部件(柱壳体)1的圆筒部的外表面附近(图4的上表面附近)的探伤图像。如上所述，探伤范围是在高度方向上为90mm的圆筒部的整个内周，因此图像的横轴为119mm(内径的内周)，纵轴为90mm。针对该探伤图像，将50％回波强度设为阈值，在阈值以上和阈值以下进行二值化而分色后的图像是图8。图中的黑色部分是回波强度50％以上的内部缺陷。并且，对图8所示的回波强度50％以上的内部缺陷各自的面积进行图像分析后成为图 9。另外，关于像素数，如果为50像素以下(面积小于0.2mm2)，则判断为在强度上没有问题，从内部缺陷的面积评价对象中排除。
下述表1是这样分析后的所有内部缺陷的面积。其中，处于前述的高应力部(夹持部)5内的内部缺陷是表中的No.5。另外，在高应力部(夹持部)5内存在多个内部缺陷的情况下，提取最大的内部缺陷的面积，并对该面积进行了评价。
【表1】
以这种方式，通过超声波探伤对10个铝压铸部件(柱壳体)1同样地检测了内部缺陷，对其中的高应力部(夹持部)5内的内部缺陷面积进行了分析。并且，对这些铝压铸部件(柱壳体)1进行了弯曲试验，检测出破坏载荷。在下述表2中，示出了高应力部(夹持部)5内的内部缺陷面积与弯曲试验的破坏载荷之间的关系。此外，将表2的结果表示为曲线则成为图10。
【表2】
从图10可知，高应力部(夹持部)5内的内部缺陷面积越大，弯曲试验的破坏载荷越小。即，认为高应力部(夹持部)5内的内部缺陷面积越大，会越早地发生破坏。但是，只要高应力部(夹持部)5内的内部缺陷面积实质上为0.8mm2以下，则与内部缺陷面积的大小无关，保持了大致恒定的破坏强度。即，对于本实施方式的铝压铸部件(柱壳体)1而言，只要高应力部(夹持部)5内的内部缺陷面积为0.8mm2以下，即可评价为具有预定强度。
此外，在观察实际的铝压铸部件(柱壳体)1的破坏截面时，以内部缺陷为起点发生了裂缝扩展，因此认为是内部缺陷起点型的破坏，因此，检测高应力部(夹持部)5内的内部缺陷的大小、即面积，只要该内部缺陷的面积在预定值以下，就能够抑制并防止内部缺陷起点型的破坏，因此，在高应力部(夹持部)5内的内部缺陷面积为预定值以下时，认为评价为铝压铸部件(柱壳体)1具有预定强度是准确的。
由此，在本实施方式的铝压铸部件强度评价方法中，对预先通过应力分析求出的铝压铸部件(柱壳体)1的高应力部(夹持部)5的预定范围的内部缺陷进行超声波探伤，在该预定范围的内部缺陷的最大缺陷面积为预定值以下时，评价为该铝压铸部件(柱壳体)1具有预定强度，由此能够准确地评价实际的铝压铸部件(柱壳体)1的强度。
此外，针对在预先进行的弯曲试验中发生了破坏、并且预先通过应力分析求出的铝压铸部件(柱壳体)1的高应力部(夹持部)5，对高应力部(夹持部)5的预定范围的内部缺陷进行超声波探伤，在该预定范围的内部缺陷的最大缺陷面积为预定值以下时，评价为该铝压铸部件(柱壳体)1具有预定强度，由此能够准确地评价实际的铝压铸部件(柱壳体)1的强度。
此外，根据本实施方式的铝压铸部件，通过本实施方式的铝压铸部件强度评价方法进行强度评价，将高应力部5的预定范围的内部缺陷的最大缺陷面积设为0.8mm2以下，由此能够得到预定强度的铝压铸部件(柱壳体)1。
接着，参照附图来说明本发明的铝压铸部件强度评价方法的第2实施方式。
本实施方式中作为强度评价对象的铝压铸部件1与前述第1实施方式同样，例如是电动助力转向装置的柱壳体。本实施方式的铝压铸部件强度评价方法中使用的6轴活动超声波探伤装置与前述第1实施方式的图1同样，利用超声波探伤装置对铝压铸部件(柱壳体)1的圆筒部的后述高应力部进行螺旋状探伤，检测内部缺陷。此外， 本实施方式的超声波探伤中的评价门限、缺陷回波的图示方法、探伤范围与前述第1实施方式的图2相同。
在进行探伤之前，在本实施方式中，在作为铝压铸部件1的柱壳体的钥匙锁部中插入钥匙而进行了施加扭转方向的负荷的扭转试验。扭转试验的结果是，在图11所示的A部分处、具体而言是在钥匙锁部处发生了破坏(断裂)。另一方面，以与扭转试验同样的负载条件对铝压铸部件(柱壳体)1进行了应力分析，结果可知，同样作为钥匙锁部的图12所示的B部分为高应力部。对两者进行比较可知，在通过应力分析得到的铝压铸部件1的高应力部处、即柱壳体的钥匙锁部处发生了破坏。即，在该高应力部(钥匙锁部)处容易产生例如以内部缺陷为起点的破坏，因此对高应力部的内部缺陷进行了探伤。
在图13中，示出了本实施方式的铝压铸部件(柱壳体)1的高应力部(钥匙锁部)5。图中的黑框内相当于高应力部(预定范围)5。包含该高应力部(钥匙锁部)5在内，对铝压铸部件(柱壳体)1的内部进行超声波探伤，与前述第1实施方式的图6同样，在从缝的部分对该铝压铸部件(柱壳体)1进行切割而将内部展开后的图上，示出内部缺陷。
图14是前述的铝压铸部件(柱壳体)1的探伤范围的利用超声波探伤得到的探伤图像。如上所述，探伤范围是在高度方向上为90mm的圆筒部的整个内周，因此，图像的横轴为119mm(内径的内周)，纵轴为90mm。针对该探伤图像，将50％回波强度设为阈值，在阈值以上和阈值以下进行二值化而分色后的图像是图15。图中的黑色部分是回波强度50％以上的内部缺陷。并且，对图15所示的回波强度50％以上的内部缺陷各自的面积进行图像分析后成为图16。另外，关于像素数，如果为50像素以下(面积小于0.2mm2)，则判断为在强度上没有问题，从内部缺陷的面积评价对象中排除。
下述表3是这样分析后的所有内部缺陷的面积。其中，处于前述的高应力部(钥匙锁部)5内的内部缺陷是表中的No.5。另外，在高应力部(钥匙锁部)5内存在多个内部缺陷的情况下，提取最大的内部缺陷的面积，并对该面积进行了评价。
【表3】
No. 面积 单位 周长 单位
1 0.22 mm2 1.81 mm
2 0.25 mm2 1.83 mm
3 1.58 mm2 5.13 mm
4 0.35 mm2 2.08 mm
5 0.38 mm2 2.27 mm
6 0.20 mm2 2.02 mm
7 0.34 mm2 2.13 mm
8 0.24 mm2 1.68 mm
9 0.21 mm2 1.51 mm
10 0.19 mm2 1.43 mm
11 3.79 mm2 9.79 mm
12 1.98 mm2 6.48 mm
13 1.57 mm2 7.42 mm
14 0.90 mm2 4.29 mm
15 0.23 mm2 2.08 mm
16 0.24 mm2 1.90 mm
17 0.26 mm2 2.08 mm
以这种方式，通过超声波探伤对10个铝压铸部件(柱壳体)1同样地检测了内部缺陷，对其中的高应力部(钥匙锁部)5内的内部缺陷面积进行了分析。并且，对这些铝压铸部件(柱壳体)1进行了扭转试验，检测出破坏转矩。在下述表4中，示出了高应力部(钥匙锁部)5内的内部缺陷面积与扭转试验的破坏转矩载荷之间的关系。此外，将表4的结果表示为曲线而成为图17。
【表4】
从图17可知，高应力部(钥匙锁部)5内的内部缺陷面积越大，扭转试验的破坏转矩越小。即，认为高应力部(钥匙锁部)5内的内部缺陷面积越大，会越早地发生破坏。但是，只要高应力部(钥匙锁部)5内的内部缺陷面积实质上为0.8mm2以下，则与内部缺陷面积的大小无关，保持了大致恒定的破坏强度。即，对于本实施方 式的铝压铸部件(柱壳体)1而言，只要高应力部(钥匙锁部)5内的内部缺陷面积为0.8mm2以下，即可评价为具有预定强度。
此外，在观察实际的铝压铸部件(柱壳体)1的破坏截面时，以内部缺陷为起点发生了裂缝的扩散，因而认为是内部缺陷起点型的破坏，因此，检测高应力部(钥匙锁部)5内的内部缺陷的大小、即面积，只要该内部缺陷的面积为预定值以下，就能够抑制并防止内部缺陷起点型的破坏，因此，在高应力部(钥匙锁部)5内的内部缺陷面积为预定值以下时，认为评价为铝压铸部件(柱壳体)1具有预定强度是准确的。
由此，在本实施方式的铝压铸部件强度评价方法中，对在预先进行的扭转试验中发生了破坏、并且预先通过应力分析求出的铝压铸部件(柱壳体)1的高应力部(钥匙锁部)5的预定范围的内部缺陷进行超声波探伤，在该预定范围的内部缺陷的最大缺陷面积为预定值以下时，评价为该铝压铸部件(柱壳体)1具有预定强度，由此，能够准确地评价实际的铝压铸部件(柱壳体)1的强度。
此外，根据本实施方式的铝压铸部件，通过本实施方式的铝压铸部件强度评价方法进行强度评价，将高应力部(钥匙锁部)5的预定范围的内部缺陷的最大缺陷面积设为0.8mm2以下，由此，能够得到预定强度的铝压铸部件(柱壳体)1。
接着，参照附图来说明本发明的铝压铸部件的缺陷检测方法的一个实施方式。
本实施方式中作为强度评价对象的铝压铸部件1与前述第1实施方式同样，例如是电动助力转向装置的柱壳体。本实施方式的铝压铸部件强度评价方法中使用的6轴活动超声波探伤装置与前述第1实施方式的图1同样，通过超声波探伤装置对铝压铸部件(柱壳体)1的圆筒部的切削内周面进行螺旋状探伤来检测内部缺陷，并且还通过X线CT来检测内部缺陷。另外，在评价铝压铸部件1的破坏强度的情况下，如前述第1实施方式和第2实施方式所示，可通过超声波探伤装置对铝压铸部件1的高应力部进行探伤来检测内部缺陷，并根据其缺陷面积来进行评价。
本发明的铝压铸部件的缺陷评价方法进行包含前述高应力部在内的预定范围的内部缺陷检测，并根据缺陷总量和测量范围的体积来计算缺陷的存在率，预测强度的降低。尤其是在高应力部中存在缺陷时，强度的降低显著。以下，按照开发的顺序，对本实施方式的铝压铸部件的缺陷检测方法的具体方法进行详细叙述。首先，对能够确认到铝压铸部件的断裂冷硬层的超声波探伤图像部分进行截面观察而进行了验证。在图18a中示出了通过超声波探伤检测到的断裂冷硬层，在图18b中示出了其截面照 片图像。通过超声波探伤能够检测铸件气孔也是公知的。在图18c中示出了通过超声波探伤检测到的铸件气孔，在图18d中示出了其截面照片图像。从这些图可知，通过超声波探伤能够检测出铝压铸部件的断裂冷硬层和铸件气孔。另外，这里未示出的是，通过超声波探伤还能够检测铝压铸部件的组织中夹杂物。
另一方面，X线CT(Computed Tomography：计算机断层摄影)尽管能够检测出铸件气孔，但不能检测出断裂冷硬层，从以上这样的过去的实际经验出发，使用平板试样，通过X线CT和超声波探伤取得了铸件气孔和断裂冷硬层的图像。在图19a中示出了这些图像。另外，图中的UT是Ultrasonic Testing的缩写，表示超声波探伤。此外，在图19b中，示出了图19a中通过超声波探伤检测到断裂冷硬层的部分的截面照片图像。在通过超声波探伤检测到断裂冷硬层的图像部分中，确认到图19b所示的断裂冷硬层，但是未能通过X线CT检测到该断裂冷硬层。
接着，利用与铝压铸部件相同的铝材料制成拉伸试验片，通过X线CT和超声波探伤对平行部(试验部)的内部缺陷进行了检测。在内部缺陷的检测测量后，对试验片进行了拉伸试验，并对断面进行了观察。分别针对作为破坏起点的铸件气孔和断裂冷硬层进行了基于X线CT和超声波探伤的内部缺陷图像的验证。在图20a、图20b中分别示出了两种结果。图20a是以铸件气孔为起点的破坏，在断面中观察到的铸件气孔与利用X线CT以及超声波探伤得到的内部缺陷图像、即铸件气孔图像一致。另一方面，图20b是以断裂冷硬层为起点的破坏，在断面中观察到的断裂冷硬层与利用超声波探伤得到的内部缺陷图像、即断裂冷硬层图像一致，但是与利用X线CT得到的内部缺陷图像不一致。另外，利用X线CT还能够检测铝压铸部件的组织中夹杂物。
根据这些结果可得到以下认识：如果从检测到铸件气孔和断裂冷硬层(以及夹杂物)的利用超声波探伤得到的内部缺陷图像的缺陷面积总和中，减去检测到铸件气孔(以及夹杂物)的利用X线CT探伤得到的内部缺陷图像的缺陷面积总和，应该能够得到断裂冷硬层的缺陷面积总和。为此，对于同一内部缺陷，利用超声波探伤得到的内部缺陷图像的缺陷面积与利用X线CT探伤得到的内部缺陷图像的缺陷面积必须相同。因此，针对从铝压铸部件切割出的圆筒状的试样，穿出图21所示的直径的圆形孔(人工缺陷)，并取得其图像作为X线CT和超声波探伤的图像。图21b是利用X线CT得到的人工缺陷图像，图21c是利用超声波探伤得到的人工缺陷图像。在利用X线CT得到的人工缺陷图像中，确认到所检测到的人工缺陷的内径为0.5mm。 在利用超声波探伤得到的人工缺陷图像中，通过调整用于识别缺陷的阈值，能够调整缺陷图像的大小，因此，以使人工缺陷的内径成为0.5mm的方式进行阈值调整，由此完成了X线CT图像和超声波探伤图像的输出调整。
在图22中分别并排地示出了针对实际的铝压铸部件的X线CT内部缺陷图像和相同部位的超声波探伤内部缺陷图像。关于面积为0.2mm2以上的铸件气孔，利用X线CT得到的缺陷图像与利用超声波探伤得到的缺陷图像一致，但对于断裂冷硬层，在利用超声波探伤得到的缺陷图像中检测到断裂冷硬层，而在利用X线CT得到的缺陷图像中未检测到断裂冷硬层。其中，针对在利用超声波探伤得到的缺陷图像中检测到断裂冷硬层的上侧部分，取得了实际的截面照片，结果如图23所示，确认到断裂冷硬层。
因此，对利用超声波探伤得到的内部缺陷图像进行如下处理。即，对铝压铸部件的预先设定的预定范围进行超声波探伤，如图24a所示，基于使用了直径的人工缺陷试样进行输出调整后的预定阈值，对利用超声波探伤得到的内部缺陷图像进行二值化，如图24b、图24c所示，通过图像分析软件，计算例如面积为0.2mm2以上的内部缺陷的缺陷面积。为了容易理解，如图24d所示，按照铝压铸部件的每个试验编号，制作每个缺陷面积的直方图。并且，按照铝压铸部件的每个试验编号，计算缺陷面积的总和作为利用超声波探伤得到的缺陷总量。利用超声波探伤得到的缺陷总量包含铸件气孔的缺陷面积和断裂冷硬层的缺陷面积(以及夹杂物的缺陷面积)。
因此，例如图25a所示，针对铝压铸部件的圆筒部的预定范围进行超声波探伤，进而如图25b所示地进行二值化，之后，如图25c所示地计算0.2mm2以上的内部缺陷的缺陷面积。针对铝压铸部件的圆筒部的预定范围进行X线CT，进而如图25d所示，按照相同部位的预定范围的每个试验编号，对利用超声波探伤得到的内部缺陷图像和利用X线CT得到的内部缺陷图像进行图像分析，计算各个缺陷面积的总和作为缺陷总量。此时，能够判断出No.1～3是断裂冷硬层，No.4是铸件气孔。接着，如图25e所示，从利用超声波探伤得到的缺陷总量中减去利用X线CT得到的缺陷总量来计算所述铝压铸部件的预先设定的预定范围的断裂冷硬层总量。
另外，将内部缺陷的缺陷面积设为0.2mm2以上的原因是基于以下两点：缺陷面积小于0.2mm2的内部缺陷在强度上没有问题；并且，至少目前，尚不能用X线CT准确地检测到缺陷面积小于0.2mm2的内部缺陷。而在超声波探伤中，能够检测到缺陷面积小于0.2mm2的内部缺陷。因此，如果不将内部缺陷的缺陷面积限定为0.2mm2 以上、而单纯地从利用超声波探伤得到的缺陷总量中减去利用X线CT得到的缺陷总量，则无法分辩仅由超声波探伤检测到的缺陷面积小于0.2mm2的内部缺陷，即无法分辩是铸件气孔还是断裂冷硬层，并且这是评价了在强度上没有问题的内部缺陷。因此，将内部缺陷的缺陷面积设为0.2mm2以上而确立了缺陷的评价方法。
由此，在本实施方式的铝压铸部件的缺陷检测方法中，以使利用超声波探伤得到的图像和利用X线CT得到的图像的与人工缺陷(同一缺陷)对应的缺陷面积相同的方式预先调整两者的图像输出，对铝压铸部件1的预先设定的预定范围的内部缺陷进行超声波探伤，对该预定范围的利用超声波探伤得到的内部缺陷进行图像分析来求出缺陷面积，计算该预定范围的利用超声波探伤得到的内部缺陷的缺陷面积总和作为利用超声波探伤得到的缺陷总量，对铝压铸部件1的相同预定范围的内部缺陷进行X线CT，对该预定范围的利用X线CT得到的内部缺陷例如进行图像分析来求出缺陷面积，计算该预定范围的利用X线CT得到的内部缺陷的缺陷面积总和作为利用X线CT得到的缺陷总量，从利用超声波探伤得到的缺陷总量中减去利用X线CT得到的缺陷总量来计算铝压铸部件1的预先设定的预定范围的断裂冷硬层总量，由此能够准确地检测铝压铸部件1的内部缺陷，尤其是断裂冷硬层的状态。
此外，在求取利用超声波探伤得到的内部缺陷的缺陷面积总和以及利用X线CT得到的内部缺陷的缺陷面积总和时，针对缺陷面积为预先设定的预定面积以上的缺陷面积求取缺陷面积的总和，由此，能够进一步准确地检测铝压铸部件1的内部缺陷，尤其是断裂冷硬层的状态。
此外，在求取利用超声波探伤得到的内部缺陷的缺陷面积总和以及利用X线CT得到的内部缺陷的缺陷面积总和时，针对预定范围的每个缺陷面积制作了内部缺陷的个数的直方图，因此容易识别铝压铸部件1的内部缺陷状态。此外，根据利用超声波探伤和X线CT得到的图像，能够确认缺陷分布在部件的哪个部位。
标号说明
1：铝压铸部件 
2：转台
3：探头
4：内部缺陷 
5：高应力部 

Claims (1)

1.一种铝压铸部件的缺陷检测方法，其特征在于，
调整用于基于超声波探伤识别缺陷的阈值，由此，使利用所述超声波探伤得到的图像和利用X线CT得到的图像以同一缺陷对应的缺陷面积相同的方式预先调整两者的图像输出，
为了检测作为柱壳体的铝压铸部件的内部缺陷，在转台上搭载所述铝压铸部件，一边使所述转台旋转一边使探头从上方朝下方移动，由此对该铝压铸部件的圆筒部的进行了切削加工的内周面呈螺旋状地进行超声波探伤，
在进行所述超声波探伤时，在所述铝压铸部件的表面回波与底面回波之间设定了评价门限，在所述铝压铸部件的内部图示出在所述评价门限的范围内显现出的缺陷回波的最大回波，
针对利用所述超声波探伤得到的探伤图像，将回波强度50％设为阈值，将所述回波强度50％以上作为内部缺陷，对利用所述超声波探伤得到的探伤图像的内部缺陷图像进行二值化，通过图像分析软件进行图像分析来求出缺陷面积，
计算利用所述超声波探伤得到的内部缺陷的缺陷面积总和作为利用超声波探伤得到的缺陷总量，
对所述铝压铸部件的预定范围的内部缺陷进行X线CT，
对该预定范围的利用X线CT得到的内部缺陷进行图像分析来求出缺陷面积，
计算该预定范围的利用X线CT得到的内部缺陷的缺陷面积总和作为利用X线CT得到的缺陷总量，
从利用所述超声波探伤得到的缺陷总量中减去利用X线CT得到的缺陷总量来计算所述铝压铸部件的预先设定的预定范围的断裂冷硬层总量，
在求取利用所述超声波探伤得到的内部缺陷的缺陷面积总和以及利用所述X线CT得到的内部缺陷的缺陷面积总和时，针对预先设定的0.2mm2以上的缺陷面积来求取缺陷面积总和。
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