CN107709982A - 钢材的表面特性评价装置和表面特性评价方法 - Google Patents

钢材的表面特性评价装置和表面特性评价方法 Download PDF

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Abstract

提供一种对实施了表面改性处理的钢材的残余应力将深度方向考虑在内地进行评价的表面特性评价装置和表面特性评价方法。表面特性评价装置具备振荡器、检测器、测量器。将钢材以与检测器中所包含的线圈接触或接近的方式放置。利用振荡器对线圈施加交流电流，基于表示线圈间的电特性的信号来进行运算。通过在连续地变更交流电流的频率的同时进行上述操作，来评价钢材的残余应力。线圈是自谐振频率高于使用频率的结构。

Description

钢材的表面特性评价装置和表面特性评价方法
技术领域
本发明涉及一种对实施了表面改性处理的钢材的残余应力进行评价的装置和表面改性处理的程度的评价方法。
背景技术
作为钢材的表面改性处理，众所周知的是各种热处理(渗碳淬火、氮化热处理、高频淬火等)、喷丸处理。通过表面改性处理来对钢材的表面附近赋予残余应力，从而钢材的疲劳强度提高。关于表面改性处理，根据钢材的用途来考虑处理条件，以形成期望的残余应力。为了高精度地评价是否适当地进行了该表面改性处理，还需要考虑残余应力的在从钢材表面起的深度方向上的分布。
在专利文献1中公开了一种测定钢材的疲劳强度的方法。在专利文献1中，对进行了作为表面改性处理的喷丸处理的钢材的压缩残余应力表示峰值的深度进行了评价。但是，专利文献1中所公开的评价方法需要按每个测定对象、表面改性处理的条件来设定测定条件。因而，由于材料的个体差异等偏差而无法进行高精度的评价。
在专利文献2中公开了测定钢材的疲劳强度的其它方法。在专利文献2中，通过依次变更与钢材接触的励磁线圈中流通的励磁电流的频率来依次变更钢材表面的磁通的渗透深度(磁导率)，并且依次测定检测线圈的输出电压值，由此计算钢材的压缩残余应力的分布。但是，在检测线圈的输出电压值中包含基于磁导率的变化的电压成分和基于检测线圈自身的阻抗的电压成分。因此，在由于周边环境的变化(温度、噪声等)而检测线圈自身的阻抗的特性发生了变化的情况下，测定值的可靠性降低。另外，关于该测定装置中的励磁线圈，需要考虑检测信号根据励磁线圈与钢材之间的距离而变化的现象(提离现象)来进行设计，但是没有进行基于该观点的公开。这样，专利文献2的测定装置无法准确地评价钢材的压缩残余应力。
专利文献1：日本特开平07-092140号公报
专利文献2：日本特开平05-203503号公报
发明内容
发明要解决的问题
鉴于以上内容，提供一种能够将实施了表面改性处理的钢材的残余应力的在深度方向上的分布考虑在内地对该残余应力高精度地进行评价的表面特性评价装置和使用了该表面特性评价装置的表面特性评价方法。
用于解决问题的方案
本发明的一个侧面是一种对实施了表面改性处理的钢材的残余应力的分布进行评价的表面特性评价装置。该表面特性评价装置具备振荡器、与振荡器连接的检测器以及与频率可变电路及检测器连接的测量器。振荡器具备交流电源和频率可变电路，该频率可变电路能够变更由交流电源输出的交流电流的频率。关于检测器，能够将被检体以与该检测器接触或接近的方式放置。而且，检测器具备线圈，该线圈能够被由交流电源施加的交流电流激发出交流磁场。测量器构成为，基于由频率可变电路设定的多个频率下的表示流过线圈的交流电流的电特性的信号，针对多个频率的每个频率进行运算。构成为该线圈的自谐振频率处于由频率可变电路设定的交流电流的频带以上。
使用该表面特性评价装置对实施了表面改性处理的钢材的残余应力的分布进行评价的表面特性评价方法包括以下的(1)～(5)的工序。既可以分别进行这些工序，也可以同时进行两个以上的工序。
(1)被检体配置工序，将被检体以交流磁场渗透到被检体的内部的方式配置。
(2)涡电流生成工序，使被检体中产生涡电流。使交流电源工作来使交流磁场渗透到被检体，由此进行该涡电流生成工序。
(3)频率变更工序，使交流电流的频率连续地变更。在继续上述(2)的状态的状态下，利用频率可变电路来进行该频率变更工序。
(4)检测工序，检测表示流过线圈的电流的电特性的信号。针对上述(3)的频率变更工序中的各频率进行该检测工序。
(5)评价工序，基于检测出的信号进行运算，来评价被检体的残余应力。针对在上述(4)的检测工序中检测出的各频率分别进行该评价工序。
通过施加交流电流而使线圈激发出交流磁场。通过使该交流磁场(磁通)渗透到被检体，来在被检体中产生涡电流。通过涡电流产生针对交流磁场而言的退磁场。将该退磁场与交流磁场合成所得的磁通的大小根据表示表面改性处理的程度的残余应力的大小而不同。将该退磁场与交流磁场合成所得的磁通的大小根据表示表面改性处理的程度的残余应力的大小而不同。即，表示交流电流流过线圈时的线圈的电特性的信号(表示线圈两端之间的电位差的信号和表示流过线圈的电流值的信号)根据残余应力的大小而变化。因此，通过对流过线圈的交流电流的电特性进行评价，能够对被检体的表面改性处理的程度进行评价。另外，当变更交流电流的频率时，能够变更交流磁场的渗透深度。因而，通过变更交流电流的频率并针对各个频率对流过线圈的交流电流的电特性进行评价，能够将深度方向考虑在内地对被检体的残余应力进行评价。
在将深度方向上的分布考虑在内地对被检体的残余应力进行评价的情况下，需要针对要评价的深度良好地检测线圈两端之间的电位差和流过线圈的电流。如一个侧面那样，通过使线圈的自谐振频率为由频率可变电路设定的频带以上，能够在评价目的的范围内良好地检测线圈间的电位差和流过线圈的电流。
在一个实施方式中，也可以是，将由频率可变电路设定的频带设定在0.5×103Hz～20×106Hz的范围内。在选择热处理(渗碳淬火、氮化热处理、高频淬火等)、喷丸处理处理来作为表面改性处理的情况下，通过这些处理进行改性的从表面起的深度(影响层)大致为10μm～1000μm。通过将设定的频带设为上述的范围，能够对这样的被检体的表层附近的残余应力的分布良好地进行评价。
在一个实施方式中，也可以将捆扎多个导线而成的线材进行卷绕来构成线圈。根据该结构，能够使线圈的谐振频带更高。另外，不容易受到周边环境的影响，因此评价精度提高。
在一个实施方式中，也可以将线圈设为能够包围被检体的侧周面的结构。由于能够减少因材料所引起的与被检体内部的深度方向正交的方向上的偏差，因此能够提高评价精度。另外，由于能够通过一次测定对评价对象面、即进行了表面改性处理的面的整体进行评价，因此能够缩短评价时间。
在一个实施方式中，也可以是，测量器具备用于测定流过线圈的电流的I/V转换电路。而且，使用该表面特性评价装置对实施了表面改性处理的钢材的残余应力的分布进行评价的表面特性评价方法也可以包括以下的(1)～(5)的工序。既可以分别进行这些工序，也可以同时进行两个以上的工序。
(1)被检体配置工序，将被检体以交流磁场渗透到被检体的内部的方式配置。
(2)涡电流生成工序，使被检体中产生涡电流。通过使交流电源工作来使交流磁场渗透到被检体，由此进行该涡电流生成工序。
(3)频率变更工序，使交流电流的频率连续地变更。在继续上述(2)的状态的状态下，利用频率可变电路来进行该频率变更工序。
(4)检测工序，检测表示线圈两端之间的电位差和流过线圈的电流值的信号。通过I/V转换电路来检测流过线圈的电流的信号。针对上述(3)的频率变更工序中的每个频率进行该检测。
(5)评价工序，基于线圈的阻抗进行运算，来评价被检体的残余应力。基于在(4)中检测出的表示电位差和电流值的信号来计算阻抗。针对在上述(4)的检测工序中进行了检测的每个频率进行阻抗的计算。
通过该工序，能够针对被检体的多个深度分别提取与线圈的阻抗相当的信号。由此，能够使阻抗的信号和S/N比(S：评价电压、N：来自评价电压以外的噪声)变大，因此评价精度提高。
在一个实施方式中，也可以如下面那样进行运算。
(1)将实施表面改性处理之前的钢材(未处理品)作为被检体，使用测量器预先检测线圈两端之间的电位差的信号和表示流过线圈的电流值的信号。而且，基于该检测结果来计算阻抗Z0。针对每个频率进行阻抗Z0的计算。
(2)将进行了表面改性处理之后的钢材(表面改性处理品)作为被检体，使用测量器来检测线圈两端之间的电位差的信号和表示流过线圈的电流值的信号。而且，根据该检测结果来计算阻抗Z1。针对每个频率进行阻抗Z1的计算。
(3)根据计算出的Z0和Z1来运算它们的比(Z1/Z0或Z0/Z1)。
当使用表面改性处理品的阻抗与未处理品的阻抗之比来评价残余应力时，能够减小由于周边的温度和湿度的变化而引起的电压漂移。并且，能够仅提取由于表面改性处理所引起的电磁特性的变化。由此能够提高评价的精度。
在一个实施方式中，也可以是，测量器还具备相位检波电路，该相位检波电路测定由交流电源施加的交流电压与流过线圈的电流的相位差。而且，使用该表面特性评价装置对被检体的残余应力的分布进行评价的表面特性评价方法也可以包括以下的(1)～(5)的工序。既可以分别进行这些工序，也可以同时进行两个以上的工序。
(1)被检体配置工序，将被检体以交流磁场渗透到被检体的内部的方式配置。
(2)涡电流生成工序，使被检体中产生涡电流。通过使交流电源工作来使交流磁场渗透到被检体，由此进行该涡电流生成工序。
(3)频率变更工序，使交流电流的频率连续地变更。在继续上述(2)的状态的状态下，利用频率可变电路来进行该频率变更工序。
(4)相位差检测工序，检测线圈两端之间的电位差的信号和表示流过线圈的电流值的信号，并且检测由交流电源施加的交流电压与流过线圈的电流的相位差的信号。针对上述(3)的频率变更工序中的每个频率进行该检测。
(5)计算感抗并基于该感抗来评价被检体的表面特性的工序。基于相位差以及根据在(4)中检测出的表示电位差和电流值的信号计算出的线圈的阻抗来计算感抗。针对在上述(4)的相位差检测工序中进行了检测的每个频率进行感抗的计算和该运算。
计算作为阻抗的Y轴成分(复阻抗的虚数成分)的感抗，基于该感抗进行评价，由此能够仅评价被检体的磁导率。其结果，评价的精度提高。
在一个实施方式中，也可以是，测量器向交流电源输出信号，使得由交流电源施加的交流电压的频率连续地变更。能够自动地进行被检体的评价。
发明的效果
根据一个侧面和实施方式，能够提供一种能够对进行了表面改性处理的被检体的残余应力将深度方向考虑在内地高精度地进行评价的表面特性评价装置和表面特性评价方法。由此，能够将深度方向上的分布考虑在内地高精度地评价对钢材实施的表面改性处理的程度。
附图说明
图1是用于说明本发明的一个实施方式的电路图。
图2是说明本发明的一个实施方式中的在线圈中产生的交流磁场(磁通)的示意图。
图3是说明本发明的一个实施方式中的表面特性评价方法的流程图。
图4是用于说明本发明的一个实施方式中的实施例的曲线图。
图5是用于说明本发明的其它实施方式(变更例1)的电路图。
图6是用于说明本发明的其它实施方式(变更例2)的电路图。
具体实施方式
参照附图来说明本发明的一个实施方式。此外，只要没有特别限定，则以下的说明中的上下左右方向表示图中的方向。
本实施方式的表面特性评价装置1具备振荡器10、检测器20、测量器30。
振荡器10具备交流电源11和频率可变电路12。频率可变电路12与交流电源11连接，能够变更从交流电源11输出的交流电流的频率。
检测器20包括线圈21。线圈21的一端侧(点A)与交流电源11连接，被供给从交流电源11输出的交流电流。此外，图1的表示线圈21的虚线内的电路符号表示线圈21的电气等效电路，在后面记述线圈21的详细内容。
测量器30具备放大电路31、绝对值电路32、低通滤波器(LPF)33、I/V转换电路34、绝对值电路35、LPF 36、控制单元37、显示器38。另外，将存储单元配置在控制单元37的内部或未图示的区域。具体地说，控制单元37能够由微处理器、接口电路、存储器以及使它们工作的程序(以上未进行图示)等构成。
放大电路31与线圈21的两端的点A及点B连接。将点A与点B之间的电位差的信号输入到放大电路31使之放大。在通过绝对值电路32对放大后的该信号进行全波整流之后，通过LPF 33将其转换为直流。将转换后的该信号输入到控制单元37。
I/V转换电路34与线圈21的另一端侧(点B)连接。将表示流过线圈21的电流的电流值的信号输入到I/V转换电路34，来将其转换为表示电位差的信号。而且，在通过绝对值电路35进行全波整流之后，通过LPF 36转换为直流。将转换后的该信号输入到控制单元37。
控制单元37与频率可变电路12、LPF 33以及LPF 36连接，对控制单元37分别输入对线圈21施加的交流电流的频率和在该频率下通过LPF 33、36的信号。控制单元37基于所输入的这些信号来进行运算，根据运算结果来进行被检体的表面特性的评价。此外，既可以手动地进行交流电流的频率的变更，也可以使控制单元37具有向频率可变电路12输出使频率连续地变更的信号的功能来自动地进行频率的变更。在本实施方式中，设为后者。
显示器38进行控制单元37的评价结果的显示或警告。
接着，说明线圈21。线圈21是将具有导通性的线材卷绕成圆筒状而形成的。关于该线材，既可以使用单根导线，也可以使用将多根细导线捆扎成一根线所得的线材。在后者的情况下，既可以搓合多根细导线来形成线材，也可以将多根细导线编织成一根线来形成线材。另外，也可以是，在将多根细导线编织成一根线来形成线材之后，将其拧成一根细线。通过使用将多根细导线捆扎成一根线而形成的线材来作为线圈21的线材，能够提高线圈21的谐振频率。
另外，也可以将线圈21设为将线材卷绕于中空的圆筒形状的芯而成的结构(有芯线圈)，但是在本实施方式中设为不具有芯的结构(空芯线圈)。
在本实施方式的线圈21的制作方法中，首先，将对几百根漆包铜线进行编织并扭成一束而得到的线材卷绕于树脂制的圆筒。之后，在通过环氧树脂对卷绕后的线材进行粘合之后卸下圆筒，由此制成线圈。
作为线圈21的其它制作方法，例如存在如下的方法：在使用被热固化性树脂覆盖着的线材并对该线材进行卷绕之后，通过热风、干燥炉等对线材进行加热来将线材以保持线圈状的形状的方式固定。只要线材能够像这样保持线圈状的形状即可，对其制作方法不作特别限定。
使通过对线圈21施加交流电流而激发出的交流磁场渗透到被检体，由此在被检体中产生涡电流。由于涡电流而产生针对交流磁场的退磁场，从而交流磁场的渗透深度发生变化。将该退磁场与交流磁场合成所得的磁通的大小根据表示表面改性处理的程度的残余应力的大小而不同。因此，通过对流过线圈21的电流的电特性进行评价，能够对表面改性处理的程度进行评价。在该情况下，为了高精度地评价被检体的表面特性，需要更高精度地捕捉退磁场。因此，本实施方式的线圈21调整线材的卷绕圈数，使得谐振频率为使用频带以上。从通过表面改性处理进行改性的表面起的深度(影响层)大致为10μm～1000μm。在该情况下，也可以将使用频带设为0.5×103Hz～20×106Hz，将线圈21的自谐振频率设为10MHz以上(优选为由频率可变电路12设定的使用频带的1.5倍以上)。另外，选择喷丸处理来作为表面改性处理的情况下的影响层大致为10μm～300μm，因此也可以将使用频带设为1×103Hz～20×106Hz，将线圈21的谐振频率设为10MHz以上(优选为由频率可变电路12设定的使用频带的1.5倍以上)。
只要使线圈21接近被检体以使线圈21激发出的交流磁场能够渗透到被检体的内部即可，对检测器20的形状不作特别限定。本实施方式的检测器20呈圆筒形状，构成为能够在其中心部插入配置被检体。即，设为如下结构：通过将被检体插入配置于线圈的中心部，线圈21能够包围被检体的侧周面。在该结构中，能够减少因材料所引起的与被检体内部的深度方向正交的方向上的偏差，因此能够提高评价精度。另外，能够使涡电流在被检体的侧周面、即整个评价对象面流过，因此能够通过一次测定来评价整个评价对象面。
接着，关于使用本实施方式的表面特性评价装置1来评价被检体的表面特性的方法进行说明。下面，说明以下的情况：选择喷丸处理(以后记载为SP处理)来作为表面改性处理，作为表面改性处理的程度，对实施了SP处理的钢材的压缩残余应力进行评价。
S01：准备工序
准备未进行表面改性处理的被检体(未处理品)。在本实施方式中，准备了对φ40mm×30mm的铬钼钢(按照JIS G4053规定的SCM420H)进行渗碳淬火而得到的被检体。
S02：测定工序(未处理品)
作为第一被检体配置工序，将未处理品放置于检测器20。在此，将未处理品以位于线圈21的圆形截面中心且未处理品整体位于线圈21的内部的方式放置。
接着，作为第一涡电流生成工序，从控制单元37向频率可变电路12输出对从交流电源11输出的交流电流的频率进行控制的信号，并且使交流电源11工作。交流电源11工作，由此使线圈21激发出交流磁场(参照图2)。由于未处理品被放置在线圈21的内周侧，因此该交流磁场渗透到未处理品。由于交流磁场的渗透而在被检体的表面产生涡电流，因此表示交流电流流过线圈时的线圈的电特性的信号(表示线圈间(A-B间)的电位差的信号和表示流过线圈后的电流值的信号)发生变化。由控制单元37根据这些信号来计算该频率下的阻抗Z0。
另外，交流磁场渗透到未处理品的深度依赖于交流电流的频率。因而，作为第一频率变更工序，通过控制单元37来改变从交流电源11输出的交流电流的频率。在改变交流电流的频率的同时，作为第一检测工序，针对各个频率中的每个频率检测表示交流电流的电特性的信号，根据该信号来运算线圈21的阻抗Z0并存储于存储单元。
S03：表面改性处理工序
在将未处理品从检测器20取出之后，对该未处理品进行表面改性处理。
S04：测定工序(表面改性处理品)
作为第二被检体配置工序，将对未处理品进行了表面改性处理的钢材(表面改性处理品)放置于检测器20，与工序S02同样地执行第二涡电流生成工序、第二频率变更工序以及第二检测工序。由此，运算将表面改性处理品作为被检体的情况下的每个频率下的线圈21的阻抗Z1。将第二频率变更工序中的频率设为与工序S02中的频率相同的频率。
S05：判断工序(评价工序)
通过控制单元37针对每个频率运算在工序S04中运算出的阻抗Z1(表面改性处理品)与在工序S02中运算出的阻抗Z0(未处理品)之比(Z1/Z0)。通过使用阻抗的比来评价表面特性，能够减小由于测定环境的变化(温度、湿度等)而引起的电压漂移。另外，由于能够仅提取因表面改性处理所引起的被检体的电磁特性变化，因此表面特性的评价精度提高。
另外，频率与从被检体的表面起的深度相当，因此通过该运算能够获得与从被检体的表面起的深度相应的表面改性处理的程度(压缩残余应力)的分布。
通过控制单元37将该分布与预先存储于存储单元的阈值进行比较，来判定表面改性处理是否良好。
S06：输出工序
将表面改性处理是否良好的判定结果输出到显示器38。显示器38既可以仅显示是否良好的结果，也可以在判定为否时发出警告音。或者，也可以显示横轴标示为频率(或者从被检体的表面起的深度)、纵轴标示为阻抗之比的曲线图。在后者的情况下，也可以计算从被检体的表面起的深度。能够根据(数1)生成表示频率与从钢材表面起的深度之间的关系的标准曲线，基于该标准曲线来计算频率与从钢材表面起的深度之间的关系。(数1)中的校正系数k是受到被检体的形状(例如被检体的体积)、性状(例如有无作为前阶段的热处理)、SP处理的条件(例如丸粒的粒径、硬度、喷射时间、喷射压力)等的影响而变动的值，通过实验预先计算校正系数k。
[数1]
y：交流磁场的渗透深度(μm)
k：校正系数
x：交流电流的频率(Hz)
μ：钢材的磁导率(N/m)
σ：钢材的导电率(S/m)
通过以上的工序，能够将从被检体的表面起的深度方向上的分布考虑在内地进行表面改性处理的程度的评价。
在对多个钢材进行评价的情况下，关于在第二次以后的测定中使用的未处理品的阻抗Z0，也可以使用在第一次的测定(在工序S02中执行的第一被检体配置工序、第一涡电流生成工序、第一频率变更工序以及第一检测工序)中计算出的阻抗Z0。即，在第二次以后的测定中，仅对实施了SP处理的钢材进行工序S04～S06即可。
接着，表示使用本实施方式的表面特性评价装置1对钢材的表面特性进行评价得到的结果。
通过喷丸处理机(新东工业株式会社制造)朝向前述的进行了渗碳淬火的铬钼钢(φ40mm×30mm)以0.3MPa的喷射压力且以覆盖率为300％的方式喷射平均粒径为50μm～1000μm的丸粒(均为新东工业株式会社制造)来进行SP处理(参照表1)。将实施了该SP处理的铬钼钢作为被检体。
[表1]
关于线圈21，使用了自谐振频率为900kHz、2.2MHz、30MHz的三种线圈。
将交流电流的频率(使用频率)设定为10kHz～20MHz。
在图4中示出结果。可知，在线圈21的自谐振频率为900kHz且小于使用频率的图4的(A)和自谐振频率为2.2MHz且小于使用频率的图4的(B)的情况下，关于被检体A～D，与频率相应的阻抗之比的分布曲线均不存在连续性。不连续的值是对将线圈21替换为电气等效电路的情况下的相当于电感成分和电导成分的成分进行检测得到的。
另一方面，可知，在线圈21的自谐振频率为30MHz且为使用频率以上的图4的(C)的情况下，关于被检体A～D，与频率相应的阻抗之比的分布曲线均存在连续性。
因而，可知，当线圈21的自谐振频率为使用频率以上时，能够良好地评价被检体的表面改性处理的程度。
(变更例1)
在图5中表示其它实施方式的表面特性评价装置2。本实施方式的表面特性评价装置2中的测量器30具备放大电路31、A/D转换电路39a、I/V转换电路34、A/D转换电路39b、控制单元37、显示器38。另外，在控制单元37中内置有存储单元37a。此外，存储单元37a也可以设置于控制单元37的外部。另外，振荡器10和检测器20的结构与上述的一个实施方式相同，因此省略说明，在此，以与一个实施方式的不同点为中心进行说明。
放大电路31与线圈21的两端的点A及点B连接。将点A与点B之间的电位差的信号输入到放大电路31使之放大。通过A/D转换电路39a将放大后的该信号从模拟电压的信号转换为数字信号。将进行该转换所得的数字信号输入到控制单元37。
I/V转换电路34与线圈21的另一端侧(点B)连接。将表示流过线圈21的电流的电流值的信号输入到I/V转换电路34，来将其转换为模拟电压的信号。通过A/D转换电路39b将从I/V转换电路34输出的模拟电压的信号转换为数字信号并输入到控制单元37。
在控制单元37中，通过数字信号处理对从A/D转换电路39a、39b分别输入的数字信号进行加工。即，从放大电路31和I/V转换电路34输入的各数字信号是以交流方式发生变动的时间序列信号，通过与上述的一个实施方式中的绝对值电路32、35及LPF 33、36(图1)等效的数字运算被转换为直流的数字信号。由此，在控制单元37中，将被输入到各A/D转换电路39a、39b的模拟电压的交流信号转换为与交流信号的振幅成比例的数字值。然后，基于这些数字值来计算阻抗。
本实施方式的表面特性评价装置2通过数字信号处理来进行信号的运算，因此成为更不容易受到噪声影响的结构。因而，即使在容易产生噪声的环境中进行评价的情况下，也能够进行精度更高的评价。
(变更例2)
在图6中表示其它实施方式的表面特性评价装置3。在本实施方式的表面特性评价装置3中，对一个实施方式的表面特性评价装置1(图1)的测量器30新添加了相位检波电路301、绝对值电路302以及LPF 303。另外，振荡器10和检测器20的结构与上述的一个实施方式相同，因此省略说明，在此，以对测量器30新添加的结构为中心进行说明。
相位检波电路301与交流电源11及线圈21的另一端侧(点B)连接。从相位检波电路301输出表示流过线圈21的电流与由交流电源11施加的电压之间的相位差的信号，在通过绝对值电路302对该信号进行全波整流之后，通过LPF303将该信号转换为直流。将转换后的该信号输入到控制单元37。即，将与对线圈21施加的电压同流过线圈21的电流之间的相位差成比例的电压信号输入到控制单元37。
在控制单元37中，在测定工序S02(图3)中计算将未处理品作为被检体的情况下的阻抗Z0。另外，根据从LPF 303输入的信号来计算将未处理品作为被检体的情况下的相位差α0。利用式子X0＝Z0×sinα0，根据计算出的阻抗Z0和相位差α0来针对每个频率计算感抗X0。另外，在测定工序S04(图3)中，同样地计算将表面改性处理品作为被检体的情况下的阻抗Z1和相位差α1，针对每个频率计算感抗X1。
在判断工序S05(图3)中，通过控制单元37针对每个频率运算感抗X1(表面改性处理品)与前述的感抗X0(未处理品)之比(X1/X0)。通过使用感抗之比来评价表面特性，能够仅评价被检体的磁导率。感抗的值比阻抗的值小，但是针对电特性的变化的灵敏度优异。特别是在需要进行精密的评价的情况下，通过根据感抗之比来进行评价，能够进行精度更高的评价。
此外，也可以通过如本实施方式那样的模拟信号处理来计算感抗，也可以使用图5的电路且通过控制单元37中的数字信号处理来计算感抗。在该情况下，在控制单元37的内部执行与图6的电路中的相位检波电路301、绝对值电路302、LPF 303等效的数字运算，基于所求出的相位差(α0、α1)来运算感抗(X0、X1)。即，在控制单元37中进行下述a～c的运算。
a)由控制单元37计算通过A/D转换电路39a对线圈两端之间的电压进行A/D转换得到的数字信号与通过A/D转换电路39b对流过线圈的电流的信号进行A/D转换得到的数字信号之间的相位差(α0、α1)。
b)通过基于图5说明的运算，根据经由A/D转换电路39a、39b输入的各数字信号来计算阻抗(Z0、Z1)。
c)使用通过上述a、b计算出的“相位差”和“阻抗”来计算感抗(X0、X1)。
产业上的可利用性
在一个实施方式中，关于在对进行了渗碳淬火的钢材实施了SP处理的情况下对钢材赋予的压缩残余应力的评价进行了说明。但是，本发明的表面特性评价装置和表面特性评价方法还能够进行执行了作为表面改性处理的各种热处理的情况下的评价。另外，也能够进行仅执行了SP处理的钢材的评价。
附图标记说明
1：表面特性评价装置；2：其它实施方式的表面特性评价装置(变更例1)；3：其它实施方式的表面特性评价装置(变更例2)；10：振荡器；11：交流电源；12：频率可变电路；20：检测器；21：线圈；30：测量器；31：放大电路；32：绝对值电路；33：LPF；34：I/V转换电路；35：绝对值电路；36：LPF；37：控制单元；38：显示器；39a：A/D转换电路；39b：A/D转换电路；301：相位检波电路；302：绝对值电路；303：LPF。

Claims (11)

1.一种表面特性评价装置，对实施了表面改性处理的钢材的残余应力进行评价，该表面特性评价装置的特征在于，具备：
振荡器，其具备交流电源和频率可变电路，该频率可变电路能够变更由所述交流电源输出的交流电流的频率；以及
检测器，其与所述振荡器连接，将被检体以与该检测器接触或接近的方式放置，使得被检体中产生涡电流，
其中，所述检测器具备线圈，该线圈能够被由所述交流电源施加的所述交流电流激发出交流磁场，
该表面特性评价装置还具备与所述频率可变电路及所述检测器连接的测量器，
所述测量器构成为，基于由所述频率可变电路设定的多个频率下的表示流过所述线圈的交流电流的电特性的信号，针对所述多个频率中的每个频率进行运算，
所述线圈的自谐振频率处于由所述频率可变电路设定的交流电流的频带以上。
2.根据权利要求1所述的表面特性评价装置，其特征在于，
由所述频率可变电路设定的交流电流的频带处于0.5×103Hz～20×106Hz的范围内。
3.根据权利要求1或2所述的表面特性评价装置，其特征在于，
所述线圈是将捆扎多个导线而成的线材进行卷绕而形成的。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的表面特性评价装置，其特征在于，
所述线圈构成为能够包围所述被检体的侧周面。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的表面特性评价装置，其特征在于，
所述测量器具备用于测定流过所述线圈的电流的I/V转换电路。
6.根据权利要求5所述的表面特性评价装置，其特征在于，
所述测量器还具备相位检波电路，该相位检波电路测定由所述交流电源施加的交流电压与流过所述线圈的电流的相位差。
7.根据权利要求1至6中的任一项所述的表面特性评价装置，其特征在于，
所述频率可变电路向所述交流电源输出信号，使得由所述交流电源施加的所述交流电压的频率连续地变更。
8.一种表面特性评价方法，用于使用根据权利要求1至7中的任一项所述的表面特性评价装置对实施了表面改性处理的钢材的残余应力进行评价，该表面特性评价方法的特征在于，包括以下工序：
被检体配置工序，将实施了所述表面改性处理的钢材作为被检体，将被检体以所述交流磁场渗透到被检体的内部的方式配置；
涡电流生成工序，使所述交流电源工作来使交流磁场渗透到所述被检体，从而使该被检体中产生涡电流；
频率变更工序，通过所述频率可变电路来使该交流电流的频率连续地变更；
检测工序，针对所述多个频率中的各个频率分别检测表示流过所述线圈的交流电流的电特性的信号；以及
评价工序，基于检测出的所述信号针对每个所述频率进行运算，来评价被检体的残余应力。
9.一种表面特性评价方法，用于使用根据权利要求5所述的表面特性评价装置对实施了表面改性处理的钢材的残余应力进行评价，该表面特性评价方法的特征在于，包括以下工序：
被检体配置工序，将实施了所述表面改性处理的钢材作为被检体，将被检体以所述交流磁场渗透到被检体的内部的方式配置；
涡电流生成工序，使所述交流电源工作来使交流磁场渗透到所述被检体，从而使该被检体中产生涡电流；
频率变更工序，通过所述频率可变电路来使该交流电流的频率连续地变更；
检测工序，针对所述多个频率中的各个频率分别检测所述线圈两端的电位差的信号和表示经由所述I/V转换电路检测出的流过所述线圈的电流值的信号；以及
评价工序，基于检测出的所述信号针对每个所述频率计算所述线圈的阻抗，来评价被检体的残余应力。
10.根据权利要求9所述的表面特性评价方法，其特征在于，
在所述评价工序中，所述测量器将实施表面改性处理之前的钢材作为被检体来针对每个频率预先计算阻抗，并且将进行了表面改性处理之后的钢材作为被检体来针对每个频率计算阻抗，并计算这些阻抗的比。
11.一种表面特性评价方法，用于使用根据权利要求6所述的表面特性评价装置来评价所述钢材的残余应力，该表面特性评价方法的特征在于，包括以下工序：
被检体配置工序，将实施了所述表面改性处理的钢材作为被检体，将被检体以所述交流磁场渗透到被检体的内部的方式配置；
涡电流生成工序，使所述交流电源工作来使交流磁场渗透到所述被检体，从而使该被检体中产生涡电流；
频率变更工序，通过所述频率可变电路来使该交流电流的频率连续地变更；
相位差检测工序，检测所述线圈两端的电位差的信号或者流过所述线圈的电流值的信号，并且检测由所述交流电源施加的电压与流过所述线圈的电流的相位差；以及
评价工序，根据所述相位差和基于检测出的所述信号计算出的所述线圈的阻抗来计算每个所述频率下的感抗，来评价被检体的残余应力。
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