CN110678742A - 应力测定方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的应力测定方法是对由金属构成的、包括表面以及凹部的被检查体的凹部的应力进行测定的方法，所述应力测定方法包括：检测工序，使X射线向凹部入射，并且利用二维检测器对通过所述X射线在凹部衍射而形成的衍射X射线的衍射环进行检测；以及计算工序，基于检测工序的检测结果来计算凹部的应力，在检测工序中，对被检查体的凹部内的多个部位分别入射X射线，并且利用二维检测器对通过各X射线在凹部衍射而形成的衍射环进行检测。

Description

应力测定方法
技术领域
本发明涉及对被检查体的应力进行测定的方法。
背景技术
近年来，作为以非破坏的方式测定由金属构成的被检查体的应力(残余应力)的方法，如专利文献1等所公开那样，正在普及使用二维检测器的二维检测法(所谓的cosα法)。该方法是基于通过以特定的入射角Ψ入射到被检查体的X射线在被检查体内的衍射而产生的衍射X射线的衍射环来测定应力的方法。该二维检测法中的测定的精度大致与sin2Ψ成比例，因此随着入射被检查体的X射线的入射角Ψ从45°起变化，测定精度会降低。因此，在二维检测法中，通常，X射线向被检查体的入射角Ψ设定为25°～65°。在专利文献1中，入射角Ψ设定为30°。
虽然二维检测法能够对被检查体中比较平坦的部位的应力进行高精度的测定，但是难以对被检查体的凹部的应力进行高精度地测定。具体而言，在被检查体的测定部是具有从该测定部的周围的部位的表面凹陷成凹状的形状的凹部的情况下，由于入射X射线、衍射X射线与被检查体干涉，因此无法检测出明确的衍射环，或者即使检测出衍射环，该衍射环中衍射X射线通过被检查体的附近的部分的精度也会变低。因此，难以确保入射X射线的入射角Ψ足够大。由此，难以通过二维检测法高精度地测定凹部的应力。换言之，在要求高精度地测定凹部的应力的情况下，通常，难以应用二维检测法。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2011-27550号公报
发明内容
本发明的目的在于，提供一种能够使用二维检测法高精度地测定被检查体的凹部的应力的应力测定方法。
本发明的一方面的应力测定方法是对由金属构成的、包括表面以及具有从该表面凹陷且呈槽状延伸的形状的凹部的被检查体的所述凹部的应力进行测定的方法，所述应力测定方法包括：检测工序，使X射线向所述凹部入射，并且利用二维检测器对通过所述X射线在所述凹部衍射而形成的衍射X射线的衍射环进行检测；以及计算工序，基于所述检测工序的检测结果来计算所述凹部的应力，在所述检测工序中，对所述被检查体的凹部内的多个部位分别入射X射线，并且利用所述二维检测器对通过各X射线在所述凹部衍射而形成的衍射环进行检测。
另外，本发明的另一方面的应力测定方法是对由金属构成的、包括表面以及具有从该表面凹陷且呈槽状延伸的形状的凹部的被检查体的所述凹部的应力进行测定的方法，所述应力测定方法包括：检测工序，使X射线入射所述凹部，并且利用二维检测器对通过所述X射线在所述凹部衍射而形成的衍射X射线的衍射环进行检测；以及计算工序，基于所述检测工序的检测结果来计算所述凹部的应力，在所述检测工序中，对所述被检查体的凹部内的单一部位以彼此不同的多个入射角入射X射线，并且利用所述二维检测器对通过各X射线在所述凹部衍射而形成的衍射环进行检测。
附图说明
图1是示出本发明的第一实施方式的应力测定方法的检测工序的概略图。
图2是示出本发明的第二实施方式的应力测定方法的检测工序的概略图。
图3是示出第一实施例中的入射X射线的移动方向的例子的图。
图4是示出入射X射线的照射面积与可靠度的关系(CrMo系低合金钢)的图表。
图5是示出入射X射线的照射面积与可靠度的关系(NiCrMo系低合金钢)的图表。
图6是示出入射X射线的摆动角与可靠度的关系(CrMo系低合金钢)的图表。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明优选的实施方式进行说明。
(第一实施方式)
对于本发明的第一实施方式的应力测定方法，一边参照图1一边进行说明。该应力测定方法使用二维检测器(省略图示)测定由钢材等金属构成的被检查体1(曲轴等)的凹部3的应力。如图1所示，凹部3具有从被检查体1的表面2凹陷并且呈槽状延伸的形状。本应力测定方法包括检测工序以及计算工序。
在检测工序中，使从能够照射X射线的照射部4照射的X射线向凹部3入射，并且利用二维检测器对通过所述X射线在凹部3衍射而形成的衍射X射线的衍射环R进行检测。具体而言，在该检测工序中，对凹部3内的多个部位以一定的入射角Ψ分别入射X射线，并且利用二维检测器对通过各X射线在凹部3衍射而形成的衍射环R进行检测。需要说明的是，此时，可以在固定了被检查体1的状态下使照射部4移动，也可以在固定了照射部4的状态下使被检查体1移动。另外，作为所述多个部位，选择在凹部3内连续相连的部位。更优选的是，作为所述多个部位，选择沿着凹部3的延伸方向连续相连的部位。在该检测工序中，使X射线从照射部4以一定的入射角Ψ连续对所述连续相连的部位入射，并且利用二维检测器对通过将由各X射线在所述部位衍射而形成的多个衍射环R重叠而得到的单一衍射环R进行检测。另外，向凹部3内的连续相连的部位照射的X射线的面积优选设定为被检查体1的晶粒的面积的规定倍(例如18000倍)以上。另外，在本实施方式中，X射线向凹部3的入射角Ψ设定为5°以上且20°以下的低入射角。
在计算工序中，基于检测工序的检测结果(所述单一衍射环R)来计算凹部3的应力。
如以上所说明那样，在本实施方式的应力测定方法中，在检测工序中，由于利用二维检测器对与分别向凹部3内的多个部位入射的各X射线对应的多个衍射环R进行检测，因此和仅对与入射到凹部3内的单一X射线对应的单一衍射环进行检测的情况相比，检测工序的检测结果中包含的衍射信息(有助于衍射的结晶的信息)变多。由此，计算工序中的凹部3的应力的计算的精度提高。因此，即使在X射线以例如5°以上且20°以下的低入射角入射到凹部3的情况下，也能够高精度地测定凹部3的应力。由此，在本实施方式的应力测定方法中，在被检查体1具有难以确保入射X射线向凹部3的入射角Ψ足够大的形状的情况(若增大入射角Ψ，则入射X射线或者衍射X射线与被检查体1干涉的情况、照射部4与被检查体1干涉的情况等)下，也能够有效地避免入射X射线以及衍射X射线与被检查体1的干涉，并且能够高精度地测定凹部3的应力。
另外，在检测工序中，由于选择沿着凹部3的延伸方向连续相连的部位来作为所述多个部位，因此凹部3的应力的测定精度进一步地提高。具体而言，由于可以认为凹部3的应力沿着该凹部3的延伸方向几乎均匀，因此，通过对沿着该方向连续相连的部位的衍射环R进行检测，从而提高测定精度。
需要说明的是，在检测工序中，作为X射线所入射的凹部3内的多个部位，也可以选择沿着凹部3的延伸方向相互隔开间隔地排列的部位，对通过入射X射线在各部位衍射而形成的多个衍射环R进行检测。在该情况下，在计算工序中，计算从各衍射环R求出的多个检测值(应力的值)的平均值。然而，如上述实施方式那样，作为所述多个部位，选择沿着凹部3的延伸方向连续相连的部位，对该部位连续入射X射线，从而与使X射线入射在凹部3内相互隔开间隔排列的多个部位的情况相比，不需要设定每个测定部位的测定条件，因此，简化检测工序的作业。
(第二实施方式)
接下来，参照图2对本发明的第二实施方式的应力测定方法进行说明。需要说明的是，在第二实施方式中，仅对与第一实施方式不同的部分进行说明，省略与第一实施方式相同的结构、作用以及效果的说明。
在本实施方式中，如图2所示，在检测工序中，对凹部3内的单一部位以彼此不同的多个入射角Ψ使X射线从照射部4入射，并且利用二维检测器对通过各X射线在凹部3衍射而形成的衍射环R进行检测。所述多个入射角Ψ从如下范围选择，该范围将相对于选自所述低入射角(5°以上且20°以下)的特定的入射角Ψ增加了规定角度(3°～7°程度)的入射角作为上限值且将相对于所述特定的入射角减少了所述规定角度的入射角作为下限值。在本实施方式中，在检测工序中，使X射线从所述范围的下限值至上限值、或者从上限值至下限值连续对凹部3入射，并且利用二维检测器对通过将由各X射线在凹部3衍射而形成的多个衍射环重叠而得到的单一衍射环进行检测。
如以上所说明那样，在本实施方式的应力测定方法中，在检测工序中，由于利用二维检测器对与以彼此不同的入射角Ψ对凹部3的单一部位入射的多个X射线分别对应的多个衍射环R进行检测，因此和仅对与以单一入射角对凹部3入射的X射线对应的单一衍射环R进行检测的情况相比，检测工序的检测结果中包含的衍射信息(有助于衍射的结晶的信息)变多。具体而言，若入射X射线的入射角Ψ不同，则X射线向凹部3的进入深度不同，由此，通过使X射线以多个入射角Ψ对凹部3入射，从而检测工序的检测结果中包含的衍射信息变多。由此，计算工序中的凹部3的应力的计算的精度提高。
实施例
接下来，依次对上述各实施方式的实施例进行说明。在该实施例中，使用切割出被检查体1的一部分而成的试验片(10mm×10mm)。另外，作为被检查体1，使用由CrMo系低合金钢构成的物质和由NiCrMo系低合金钢构成的物质。作为从照射部4对该试验片入射的X射线，使用波长为0.117mm的Cr-Kα，另外，该X射线的射束直径
Figure BDA0002291566290000051
为大约1.5mm。需要说明的是，作为照射部4，使用Pulstec公司制造的μ-X360。
在该实施例的检测工序中，在由四点弯曲试验机对所述试验片施加了应力的状态下，使所述X射线向该试验片入射，利用二维检测器检测Fe(2，1，1)的衍射面中的衍射环(2θ≤156°)。需要说明的是，θ是衍射角。而且，在计算工序中，基于该检测结果计算出应力。
(第一实施方式的实施例)
首先，参照图3～图5对第一实施方式的实施例进行说明。图3是示出向试验片入射的入射X射线的移动方向的例子。图4是示出入射X射线的入射角Ψ为5°、10°以及35°的情况下的X射线的照射面积与可靠度的关系的图表。该图4是作为试验片而使用由CrMo系低合金钢构成的试验片的情况的结果。图5是示出入射X射线的入射角Ψ为7°、10°以及30°的情况下的X射线的照射面积与可靠度的关系的图表。该图5是作为试验片而使用由NiCrMo系低合金钢构成的试验片的情况的结果。需要说明的是，可靠度是指将cosα线图(相当于专利文献1的图6所示的图)的与线性相关的误差(基于所测定的衍射环的计算值与理论值的拟合误差)进行应力换算后的值。由此，能够评价为该值越小，越高精度地进行了测定。
如图4以及图5所示可知，存在随着照射面积从单一X射线的照射面积(在本实施例中为大约1.8mm2)增加而可靠度降低(测定精度提高)的倾向。这是因为，随着X射线的照射面积变大，从衍射X射线得到的衍射信息变多。另外，可以看出，上述倾向在低入射角(在图3中为5°以及10°、在图4中为7°以及10°)中特别显著。另外，根据图5，确认到如下倾向：在X射线的照射面积为11mm2以上的范围内，可靠度的值饱和为恒定的值。
另外，X射线的照射面积优选设定为被检查体1的晶粒的面积的规定倍(在本实施例中的测定中为18000倍)以上。其理由如下。例如，在被检查体1的晶粒的面积为0.001mm2，单一入射X射线的照射面积为1.8mm2的情况下，基于来自约1800个晶粒的衍射环R来评价应力。在此，在入射角Ψ为10°的情况下，与入射角Ψ为45°的情况相比，测定精度为约0.34倍，因此，在入射角Ψ为10°的情况下，为了得到与入射角Ψ为45°的情况相同程度的精度，需要将衍射信息设为大约10倍(0.34的平方分之一倍)，也就是说，需要基于来自大约18000个晶粒的衍射环R来评价应力。因此，X射线的照射面积需要设为单一入射X射线的照射面积的10倍的18mm2。该照射面积相当于晶粒的面积的大约18000倍。
(第二实施方式的实施例)
接下来，参照图6对第二实施方式的实施例进行说明。图6是示出入射X射线的入射角Ψ为10°、15°、20°以及35°的情况下的入射X射线的摆动角(相对于入射角Ψ增加以及减少的角度)与可靠度的关系的图表。该图6是作为试验片而使用由CrMo系低合金钢构成的试验片的情况的结果。例如，入射角Ψ为10°且摆动角为3°的情况的可靠度的值是基于通过使入射角Ψ在7°至13°的范围内连续变化而得到的衍射环R的计算值。
从该图6可知，使入射角Ψ在规定的角度范围内摆动的情况的可靠度的值比基于单一(摆动角为0°的)X射线的可靠度的值小(测定精度高)。这是因为，通过使入射角Ψ增减规定角度，从而从衍射X射线得到的衍射信息变多。另外，这在低入射角(10°、15°以及20°)中特别显著。
在此，对上述实施方式进行概述。
上述第一实施方式的应力测定方法是对由金属构成的、包括表面以及具有从该表面凹陷且呈槽状延伸的形状的凹部的被检查体的所述凹部的应力进行测定的方法，所述应力测定方法包括：检测工序，使X射线向所述凹部入射，并且利用二维检测器对通过所述X射线在所述凹部衍射而形成的衍射X射线的衍射环进行检测；以及计算工序，基于所述检测工序的检测结果来计算所述凹部的应力，在所述检测工序中，对所述被检查体的凹部内的多个部位分别入射X射线，并且利用所述二维检测器对通过各X射线在所述凹部衍射而形成的衍射环进行检测。
在本应力测定方法中，在检测工序中，由于利用二维检测器对与分别入射到凹部内的多个部位的各X射线对应的多个衍射环进行检测，因此和仅对与入射到凹部内的单一X射线对应的单一衍射环进行检测的情况相比，检测工序的检测结果中包含的衍射信息(有助于衍射的结晶的信息)变多。由此，计算工序中的凹部的应力的计算精度提高。因此，即使在X射线以例如20°以下的低入射角入射到凹部的情况下，也能够高精度地测定凹部的应力。
在该情况下，优选的是，在所述检测工序中，作为所述多个部位，选择在所述凹部内连续相连的部位，使X射线连续对该部位入射。
这样一来，与对在凹部内相互分离的部位一个一个入射X射线的情况相比，不需要设定每个测定部位的测定条件。由此，简化检测工序的作业。
而且，在该情况下，优选的是，在所述检测工序中，作为所述连续相连的部位，选择沿着所述凹部的延伸方向连续相连的部位。
这样一来，凹部的应力的测定精度进一步提高。具体而言，由于可以认为凹部的应力沿着该凹部的延伸方向几乎均匀，因此，通过在沿着该方向排列的多个部位检测衍射环，从而使测定精度提高。
另外，优选的是，在所述检测工序中，使X射线连续对所述连续相连的部位入射，并且利用所述二维检测器对通过将由各X射线在所述部位衍射而形成的多个衍射环重叠而得到的单一衍射环进行检测。
这样一来，进一步简化检测工序。
另外，优选的是，在所述检测工序中，以使所述X射线向所述凹部照射的照射面积的合计为所述被检查体的晶粒的面积的规定倍以上的方式使所述X射线向所述凹部入射。
这样一来，由于检测工序的检测结果中包含的衍射信息变得更多，因此测定精度进一步提高。
另外，优选的是，在所述检测工序中，使各X射线对所述凹部以20°以下的低入射角入射。
这样一来，能够有效地避免入射X射线以及衍射X射线与被检查体的干涉，并且能够高精度地测定凹部的应力。
另外，上述第二实施方式的应力测定方法是对由金属构成的、包括表面以及具有从该表面凹陷且呈槽状延伸的形状的凹部的被检查体的所述凹部的应力进行测定的方法，所述应力测定方法包括：检测工序，使X射线入射所述凹部，并且利用二维检测器对通过所述X射线在所述凹部衍射而形成的衍射X射线的衍射环进行检测；以及计算工序，基于所述检测工序的检测结果来计算所述凹部的应力，在所述检测工序中，对所述被检查体的凹部内的单一部位以彼此不同的多个入射角入射X射线，并且利用所述二维检测器对通过各X射线在所述凹部衍射而形成的衍射环进行检测。
在本应力测定方法中，在检测工序中，由于利用二维检测器对与以彼此不同的入射角入射到凹部的单一部位的多个X射线分别对应的多个衍射环进行检测，因此和仅对与以单一入射角入射到凹部的X射线对应的单一衍射环进行检测的情况相比，检测工序的检测结果中包含的衍射信息(有助于衍射的结晶的信息)变多。由此，计算工序中的凹部的应力的计算精度提高。因此，即使在X射线以例如20°以下的低入射角入射到凹部的情况下，也能够高精度地测定凹部的应力。
在该情况下，优选的是，在所述检测工序中，所述多个入射角从如下范围选择，该范围将相对于特定的入射角增加了规定角度的入射角作为上限值且将相对于所述特定的入射角减少了所述规定角度的入射角作为下限值。
这样一来，在检测工序中，能够在以特定的入射角入射的X射线的照射部位的附近(能够评价为应力几乎均匀的区域)得到较多的衍射信息。由此，测定精度提高。
而且，在该情况下，优选的是，在所述检测工序中，所述特定的入射角从20°以下的低入射角中选择。
这样一来，能够有效地避免入射X射线以及衍射X射线与被检查体的干涉，并且能够高精度地测定凹部的应力。

Claims (9)

1.一种应力测定方法，其是对由金属构成的、包括表面以及具有从该表面凹陷且呈槽状延伸的形状的凹部的被检查体的所述凹部的应力进行测定的方法，其中，
所述应力测定方法包括：
检测工序，使X射线向所述凹部入射，并且利用二维检测器对通过所述X射线在所述凹部衍射而形成的衍射X射线的衍射环进行检测；以及
计算工序，基于所述检测工序的检测结果来计算所述凹部的应力，
在所述检测工序中，对所述被检查体的凹部内的多个部位分别入射X射线，并且利用所述二维检测器对通过各X射线在所述凹部衍射而形成的衍射环进行检测。
2.根据权利要求1所述的应力测定方法，其中，
在所述检测工序中，作为所述多个部位，选择在所述凹部内连续相连的部位，使X射线连续对该部位入射。
3.根据权利要求2所述的应力测定方法，其中，
在所述检测工序中，作为所述连续相连的部位，选择沿着所述凹部的延伸方向连续相连的部位。
4.根据权利要求2或3所述的应力测定方法，其中，
在所述检测工序中，使X射线连续对所述连续相连的部位入射，并且利用所述二维检测器对通过将由各X射线在所述部位衍射而形成的多个衍射环重叠而得到的单一衍射环进行检测。
5.根据权利要求1所述的应力测定方法，其中，
在所述检测工序中，以使所述X射线向所述凹部照射的照射面积的合计为所述被检查体的晶粒的面积的规定倍以上的方式使所述X射线入射所述凹部。
6.根据权利要求1所述的应力测定方法，其中，
在所述检测工序中，使各X射线对所述凹部以20°以下的低入射角入射。
7.一种应力测定方法，其是对由金属构成的、包括表面以及具有从该表面凹陷且呈槽状延伸的形状的凹部的被检查体的所述凹部的应力进行测定的方法，其中，
所述应力测定方法包括：
检测工序，使X射线入射所述凹部，并且利用二维检测器对通过所述X射线在所述凹部衍射而形成的衍射X射线的衍射环进行检测；以及
计算工序，基于所述检测工序的检测结果来计算所述凹部的应力，
在所述检测工序中，对所述被检查体的凹部内的单一部位以彼此不同的多个入射角入射X射线，并且利用所述二维检测器对通过各X射线在所述凹部衍射而形成的衍射环进行检测。
8.根据权利要求7所述的应力测定方法，其中，
在所述检测工序中，所述多个入射角从如下范围选择，该范围将相对于特定的入射角增加了规定角度的入射角作为上限值且将相对于所述特定的入射角减少了所述规定角度的入射角作为下限值。
9.根据权利要求8所述的应力测定方法，其中，
在所述检测工序中，所述特定的入射角从20°以下的低入射角中选择。
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