JP2004003922A - Method for measuring remaining lifetime of material, and apparatus for measuring remaining lifetime using the same - Google Patents

Method for measuring remaining lifetime of material, and apparatus for measuring remaining lifetime using the same Download PDF

Info

Publication number
JP2004003922A
JP2004003922A JP2002236781A JP2002236781A JP2004003922A JP 2004003922 A JP2004003922 A JP 2004003922A JP 2002236781 A JP2002236781 A JP 2002236781A JP 2002236781 A JP2002236781 A JP 2002236781A JP 2004003922 A JP2004003922 A JP 2004003922A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
life
relationship
consumption
investigation
test
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP2002236781A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kiyoshi Ando
安藤 清
Masatomo Kamata
鎌田 政智
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Heavy Industries Ltd filed Critical Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority to JP2002236781A priority Critical patent/JP2004003922A/en
Publication of JP2004003922A publication Critical patent/JP2004003922A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method and an apparatus for measuring the lifetimes of materials and to be applied to metallic materials etc. which are used for high-temperature parts. <P>SOLUTION: In the method, KAM values which indicate the differences in in-crystal orientations in the crystal grains, crystal grain boundaries, etc. of a test material which has consumed its material life time to prepare a master curve which represents the relation between the measured KAM values; the degree of consumption of material lifetimes in a first process. KAM values, which indicate differences in the crystalline orientations of a material to be examined which requires the estimation of the degree of life consumption are measured; and the measured values are substituted into the master curve. By this, it is possible to estimate the degree of the life time consumption of the material to be examined and to predict the remaining lifetime of the material. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高温部品に使用される金属材料、特に再使用型ロケットエンジンの燃焼室の内面材料の余寿命を測定する余寿命測定方法及びこの余寿命測定方法を用いた余寿命測定装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来から金属材料の寿命を評価する場合、1)材料の硬さ変化より寿命を測定する方法、2)析出物の形態変化から寿命を測定する方法、3)電気抵抗の変化から寿命を測定する方法、4)超音波探傷によりボイドの発生・合体成長を検出して寿命を測定する方法、等が提案されてきた。実際に、火力発電プラントの高温耐圧配管の寿命評価技術として既に実用化されている手法も存在する。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記提案された寿命測定方法については、それぞれ以下の問題がある。すなわち、
1)材料の硬さ変化からの寿命測定方法:材料の使用中の硬さ変化が小さな材料では計測誤差が大きくなる。
2)析出物の形態変化からの寿命測定方法:析出物が生じない材料にはそもそも使用できない。また析出物が安定で形態変化が小さい材料では計測誤差が大きくなる。
3)電気抵抗の変化からの寿命測定方法:抵抗値の変化に過剰に敏感でありノイズにも反応するため計測誤差が大きくなる。
4)超音波探傷を用いた寿命測定方法:ボイドが発生・合体成長する寿命の最終段階でしか評価することができない。
等の問題を有している。
【0004】
また、耐熱鋼のように、高温部材としての実績が多く、またその寿命評価が装置の安定した運転上、不可欠な材料に関しては、余寿命評価方法の検討が活発に行われているが、材料によっては適正な寿命評価法が確立されていないものも多数存在する。
【0005】
特に、ロケットエンジン燃焼室内面は、摂氏3000度を越える燃焼ガスに晒されるために、通常の金属材料は総て溶融することとなる。このような状況下で材料を使用する場合には、熱伝導性の良い材料、好ましくは銅合金を選択し燃焼室内面から冷却することによって強度を持たせることとしている。
【0006】
しかしながら、上記場合において選択された材料は使用し続けるとクリープ疲労が生じることとなる。選択された材料を使い捨てロケットエンジンに使用する場合、一定時間の使用後に廃棄されるためクリープ疲労寿命について大きな問題とはならないが、再使用型ロケットエンジンの場合には長時間の使用が要求されるため安全性を考慮しクリープ疲労寿命への要求も厳しくなり、損傷状況を使用毎に十分確認しておく必要がある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
従って、本発明は材料寿命を消費した材料の余寿命を測定する方法を提供することを目的とする。
【0008】
請求項1によれば、本発明は、材料寿命の消費が生じた材料の余寿命を測定する方法であって、試験材料の材料寿命の消費度と該試験材料が材料寿命を消費した際の局所的な結晶方位のずれとの関係を予め準備する工程と、前記試験材料と同質材料である材料寿命の消費が生じた調査材料の局所的な結晶方位のずれを測定する工程と、前記測定された調査材料の結晶方位のずれを前記関係に当てはめて該調査材料の材料寿命の消費度を推定することにより前記調査材料の余寿命を予測する工程とを含む余寿命を測定する方法を提供することを目的とする。
【0009】
材料が例えばクリープ疲労等していき材料寿命を消費してついには破断に至る過程において材料の結晶粒の結晶方位に着目すれば、疲労の進行に応じて一定の現象が生じることがわかっている。クリープ疲労破壊等をはじめとする金属の破壊は結晶粒界から生じるものが多い。これは反復して使用することに伴い、結晶粒界に歪み(ずれ)が蓄積されるからである。換言すれば転位が集積するからである。
【0010】
材料寿命の消費前において材料中の転位は略均一であるので、場所による結晶方位差の変化は僅かである。材料寿命の消費が進行していくと結晶粒内の転位は徐々に結晶粒界へ集積し、これに伴い結晶粒界での結晶方位差は拡大し、逆に結晶粒内での結晶方位差は減少していく。特に材料の破断直前においてはこの傾向が顕著となる。従って、この現象を応用し、結晶粒内、結晶粒界内での面方位差を測定すれば、材料の損傷進行状況を予測することが可能となる。すなわち、結晶粒界での面方位差が増大していればいるほど材料寿命の消費が進行していることとなり、また結晶粒内での面方位差が減少していればいるほど材料寿命の消費が進行していることとなる。
【0011】
本方法によれば、まず、事前に特定材料の試験材料の材料寿命の消費試験(たとえば疲労試験)を行い、一定の材料寿命の消費に対する結晶方位差のデータを事前に採取し、材料寿命の消費度と結晶方位差とを模式的グラフ等で関係付けしておく。現実に材料寿命の消費が生じた試験材料と同種の調査材料の材料寿命の消費度を予測するには、調査材料の結晶方位差を測定し、この値を上記材料寿命の消費度と結晶方位差との関係に代入すれば、現在の材料寿命の消費度を予測することが可能となる。従って、破断するまでの余寿命を予測することが可能となる。
【0012】
請求項2によれば、本発明は請求項1に記載の方法であって、前記試験材料と前記調査材料との局所的な結晶方位のずれは、それぞれ前記試験材料の規定領域と該規定領域に対応する前記調査材料の規定領域とにおける結晶方位差角度から導出されることを特徴とする余寿命を測定する方法を提供することを目的とする。
【0013】
本方法によれば、上述する材料寿命の消費の進行過程における結晶方位差の測定に面方位差角度を用いて行う。具体的には、まず試験片等の試験材料で材料寿命の消費試験を行い材料寿命の消費が進行していく複数の時点で結晶方位差角度の測定を行う。測定は、まず結晶粒内の規定領域を多数の微領域に区分けし、各微領域とその周囲の複数の微領域との結晶方位差角度の平均を算出する。さらに算出された規定領域内における複数の各微領域での結晶方位差角度を平均した値を算出する。この算出方法を材料寿命の消費進行過程における複数の時点で行い、材料寿命の消費度合と算出された値とを関係付ける、例えばマスターカーブを描く。
【0014】
次に、材料寿命の消費度の測定対象となる調査材料について上述する算出方法と同様の方法で平均結晶方位差角度を算出し、算出された値を上述するマスターカーブ等に代入する。その際、マスターカーブ上で該値に相当する材料寿命の消費度が調査材料の材料寿命の消費度と予測することができる。すなわち調査材料の余寿命を予測することが可能となる。なお、算出値として平均結晶方位差角度として非疲労時の平均結晶方位差角度と材料寿命の消費時の平均結晶方位差角度との差を算出することによって平均結晶方位差角度の変化を表すこともできる。
【0015】
請求項3によれば、本発明は請求項2に記載の方法であって、前記試験材料の規定領域と前記調査材料の規定領域とは、それぞれ各材料の結晶粒内に位置することを特徴とする余寿命を測定する方法を提供することを目的とする。
【0016】
本方法によれば、試験材料及び調査材料の結晶方位差角度を測定する規定領域を結晶粒内としている。上述するように材料寿命の消費が進行するにつれて結晶粒内の面方位差は減少していく。本方法はこの現象に着目しており、調査材料で測定された結晶粒内の面方位差を試験材料で導出したマスターカーブ等に代入することによって調査材料の寿命の消費度、ひいては余寿命を予測することができる。
【0017】
請求項4によれば、本発明は請求項2に記載の方法であって、前記試験材料の規定領域と前記調査材料の規定領域とは、それぞれ各材料の結晶粒界近傍に位置することを特徴とする余寿命を測定する方法を提供することを目的とする。
【0018】
本方法によれば、試験材料及び調査材料の結晶方位差角度を測定する規定領域を結晶粒界近傍としている。材料寿命の消費が進行するにつれて結晶粒界の面方位差は増加していくことは上述する通りである。本方法はこの現象に着目しており、調査材料で測定された結晶粒界の面方位差を試験材料で導出したマスターカーブ等に代入することによって調査材料の材料寿命の消費度、ひいては余寿命を予測することができる。
【0019】
請求項5によれば、本発明は請求項1に記載の方法であって、前記試験材料と前記調査材料との局所的な結晶方位のずれは、それぞれ前記試験材料における2箇所の領域間の結晶方位差角度の変化と、前記試験材料における2箇所の領域に対応する前記調査材料における2箇所の領域間の結晶方位差角度の変化とから導出されることを特徴とする余寿命を測定する方法を提供することを目的とする。
【0020】
上述する測定方法では、結晶粒の1つの領域での結晶方位差角度の変化を算出することにより余寿命を予測していたが、本方法では2つの領域での結晶方位差角度の差を算出し、算出値の変化により材料寿命の消費度、ひいては余寿命を予測することとしている。2つの領域の各領域の結晶方位差角度の変化がそれぞれ他の領域での結晶方位差角度の変化と反対方向に作用する場合、両領域の結晶方位差角度の差は顕著なものとなる。例えば、一の領域での結晶方位差角度が増大し、他の領域での結晶方位差角度が減少する傾向にある場合、前者と後者とでの結晶方位差角度の差は、増大する傾向が顕著なものとなる。従って、本方法によれば、より明確に結晶粒内における転位の移動を現すことができるため余寿命を測定する精度が向上する。また上述する方法では結晶粒内の規定領域を多数の微領域に区分けし各微領域における周辺領域と面方位差角度を算出し規定領域に亙って平均化して測定していたが、本方法では精度が向上するため測定する微領域の数を減少させることができ、結果、測定の際のデータ解析速度が向上することとなる。なお、本方法においても請求項2〜4に記載する方法の場合と同様に変化の程度すなわち、結晶方位差の差の変化率から予測することもできる。
【0021】
特に、請求項6に記載の方法によれば、本発明は請求項5に記載の方法であって、前記試験材料における2箇所の領域と前記調査材料における2箇所の領域とは、各材料の結晶の略中心と結晶粒界近傍とに位置することを特徴とする余寿命を測定する方法が提供されている。
【0022】
本方法によれば、上記2つの領域を材料の結晶中心と結晶粒界としている。材料の寿命の消費が進行していくにつれて結晶粒界の面方位差角度が増大、特に破断直前に著しく増大する一方、結晶粒内の面方位差角度は破断まで単調に減少していく。従って、両領域のどちらかのみを測定した場合よりも、材料寿命の消費の進行に対する結晶方位差角度の変化が大きくなり、材料寿命の消費の進行度、ひいては余寿命の予測を適正におこなうことができる、又は測定する微領域の数を減少させることができることによるデータ解析速度の向上を図ることができる。
【0023】
請求項7によれば、本発明は請求項1乃至請求項6のいずれか一項に記載の方法であって、試験材料の材料寿命の消費度と該試験材料が材料寿命を消費した際の局所的な結晶方位のずれとの関係を予め準備する工程において、試験材料を単純疲労させたときの、試験材料の材料寿命の消費度と該試験材料が材料寿命を消費した際の局所的な結晶方位のずれとの関係である単純疲労関係と、試験材料を引張保持クリープ疲労させたときの、試験材料の材料寿命の消費度と該試験材料が材料寿命を消費した際の局所的な結晶方位のずれとの関係である引張保持クリープ疲労関係と、試験材料を圧縮保持クリープ疲労させたときの、試験材料の材料寿命の消費度と該試験材料が材料寿命を消費した際の局所的な結晶方位のずれとの関係である圧縮保持クリープ疲労関係とを準備しており、前記測定された調査材料の結晶方位のずれを前記関係に当てはめて該調査材料の材料寿命の消費度を推定することにより前記調査材料の余寿命を予測する工程において、前記単純疲労関係と前記引張保持クリープ疲労関係と前記圧縮保持クリープ疲労関係の中から、前記調査材料の疲労状況に最も近い疲労状況を示す関係を選択し、この選択した関係に、前記測定された調査材料の結晶方位のずれを当てはめて該調査材料の材料寿命の消費度を推定することにより前記調査材料の余寿命を予測する方法を提供することを目的とする。
【0024】
材料は、単純疲労した場合と、引張保持クリープ保持疲労した場合と、圧縮保持クリープ疲労した場合とで、寿命が異なっている。このため、調査材料の疲労状況に最も近い疲労関係を適用することにより、その調査材料の余寿命をより正確に測定することができる。
【0025】
請求項8によれば、本発明は請求項1乃至請求項7のいずれか一項に記載の方法に使用する余寿命測定装置であって、前記結晶方位差の測定を反射電子菊池線回折線を解析する電子顕微鏡と、該顕微鏡からのデータを演算処理しマッピングする演算処理装置とを備える余寿命を測定する装置を提供することを目的とする。
【0026】
本装置によれば、上記余寿命測定方法における結晶方位差の測定を高速に演算処理することにより、従来困難であった一定領域内の多数の点での結晶方位差の測定を行うことができ、迅速且つ精度の高い材料の寿命消費の度合ひいては余寿命の推測・測定が可能となる。
【0027】
以上の記載により本発明の内容を理解することが可能であるが、添付図面を参照しつつ本発明の具体的な実施の形態について説明することにより本発明の内容をより明白に理解できるであろう。
【0028】
【発明の実施の形態】
結晶方位は、走査型電子顕微鏡(SEM)の反射電子解析の中で菊池線と呼ばれる回折線を解析することで求められる。反射電子菊池線回折はEBSP(Electron Back−Scatter diffraction Pattern)と称され、この回折を利用した結晶方位解析システムが開発されている。さらに結晶方位の全自動解析ができるOIM(Oriental Imaging Microscopy)システムが分析装置として開発されている。OIMシステムは、特に昨今におけるコンピュータの演算処理速度の向上により活用度が高まっている。
【0029】
OIMシステムでは、仕上げ研磨した資料表面に任意、概ねミクロンオーダーのピッチで電子線を照射し、そこから得られるEBSPを計測するものである。ここで得られるEBSPは結晶方位に固有のものである。従って、電子線を照射した場所の結晶方位差を測定することができる。本発明の実施の形態では、OIMシステムを利用した材料の余寿命測定方法について説明する。
【0030】
OIMシステムで測定された結晶方位差は角度を持って表される。該システムではこの角度データを信頼性あるデータとしてスクリーニングするためにKAM(Karnel Averaging Misorientation)解析が行われる。
【0031】
具体的には図1に示すように、まず結晶粒内の任意の分析区画10を定める。この分析区画は結晶粒内の局所的面方位差を解析すべく人為的に定められた一定領域であり、結晶粒内を多数の正六角形に区分けしたものである。すなわち、各測定点を正六角形の分析区画10で置き換える。
【0032】
まず、第一の工程として分析区画(「ピクセル」とも称す)10とその周辺に隣接する6つの隣接区画11A〜11Fとの面方位差について測定する。図1を参照すれば、分析区画10に対する6つの隣接区画11A〜11Fの面方位差の測定結果の1例としてそれぞれ、2.5°、38.1°、37.6°、1.3°、1.8°、2.1°であることが示されている。
上記結果のうち、データの信頼性を考慮して予め指定された閾値を超える結晶方位差角度を除外する。ここでは小角粒界程度すなわち5°を閾値として指定する。従って、上記測定値のうち38.1°、37.6°が削除され、2.5°、1.3°、1.8°、2.1°が有効値となる。
【0033】
第二の工程として、上記有効値の平均を算出する。この平均値がKAM値として結晶方位差を評価する基準となる。具体的には、図1の場合、
KAM値=1.9°=(2.5°+1.3°+1.8°+2.1°)/4
となる。
また、上述する工程では、分析区画10はこれに隣接する区画11に対する面方位差を評価する方法について説明したが、KAM値は、分析ステップサイズに関連するものである。従って、分析精度を向上させるべく隣接区画11のみならず、第二番目の区画12(図1では参照番号12A、12B参照)、第三番目の区画(図示せず)との面方位差を選択し閾値以上を削除した平均値をKAM値として評価することもできる。
【0034】
次に材料の材料寿命の消費とKAM値との関係について説明する。
材料は繰り返し荷重負荷又は高温での長時間負荷等がなされると、結晶粒内の転位が粒界に移動する。従って、結晶粒内の転位は減少し、結晶粒界では増加する。このため材料寿命の消費が進行すると面方位差すなわちKAM値も結晶粒内で減少し、結晶粒界で増加する。
クリープあるいはクリープ疲労破壊等をはじめとする金属の破壊は結晶粒界から生じるものが多い。これは繰り返し使用に伴い結晶粒界に歪が蓄積される、すなわち転位が結晶粒界に集積するからである。
従って、KAM値の変化又は変化率を検証すれば、材料寿命の消費の進行度を予測することが可能となり、ひいては材料の余寿命を予測することも可能となる。
【0035】
図2を参照すれば、結晶粒の模式図と、寿命消費に伴う該模式図上のラインA−Aに沿ったKAM値の変化のグラフとを示している。図示するようにラインA−Aは連続する3つの結晶粒に亙って延びている。
図2のグラフに示す通り、寿命を全く消費していない場合においては結晶粒界と結晶粒内とのKAM値に大きな差はないことがわかる。材料中の転位が略均一に分布しているからである。これに対して寿命を消費していくに従って、すなわち寿命中期、寿命後期(破断直前)と進行していくに従って結晶粒内の転位は徐々に結晶粒界へ集積し、これに伴い結晶粒界のKAM値は上昇し逆に結晶粒内のKAM値は低下していき、寿命後期すなわち破断直前に至ってはこの傾向がより顕著なものとなっている。
【0036】
参考までに図3を参照すれば90%寿命消費した銅合金の試料表面上のKAM解析の結果を濃度変化で図式化している。図3においては段階状の実線が結晶粒界を示しており、該実線で囲まれ大きく区分けされた領域がそれぞれ結晶粒を示している。また、結晶粒内は上述する各分析区画(ピクセル)が多数含まれている。各分析区画はKAM値が大きいほど濃く示されている。従って、図3全体を見れば色の濃い部分がKAM値が大きい部分である。すなわち転位量が多い部分を示している。
図3からは、破断直前の材料は結晶粒界のKAM値が結晶粒内のKAM値に比して著しく大きいことがわかる。すなわち、図3は上述した結晶粒界の転位を具体的に示したものと言える。なお、90%寿命消費の意義については、後述する。
【0037】
本発明の実施形態では、以上のOIMシステムを使用したKAM値の測定システムを使用し、実際の測定対象、例えば再使用型ロケットエンジンの燃焼室(銅合金製)の内面材料のクリープ疲労の進行度、すなわち寿命消費度をKAM値を用いて予測する。具体的には、本実施の形態では3つの方法を例示する。
【0038】
第1の方法は、材料寿命の消費が進行すると結晶粒界近傍に転位が集積することに着目し、結晶粒界近傍でのKAM値の変化から求めるものである。すなわち、材料の寿命予測はこのKAM値の変化度合から行う。
【0039】
第2の方法は、結晶粒内でのKAM値変化から予測するものである。材料寿命の消費が進行すると結晶粒内では転位が結晶粒界に移動し、結晶粒内でのKAM値が単調に減少する。従って、結晶粒内でのKAM値の変化と材料寿命との関係に着目すれば、結晶粒内のKAM値変化から材料寿命の予測が可能となる。
【0040】
第3の方法は、結晶粒の中心から結晶粒界に向かって粒界に垂直なライン上のKAM値変化を求め、中心部と結晶粒界部との差又は変化程度(グラフに表した場合の傾き)を求めることによって材料寿命を予測するものである。
【0041】
第1〜第3の方法はKAM値を測定する場所こそ相違すれども、その工程は共通する。具体的には、まず第1に実際の測定対象となる材料と同じ材料の試験材料の材料寿命の消費度とKAM値との関係をグラフ化しマスターカーブを求めておく。次に第2の工程として、実際に測定すべき調査材料について第1の工程と同様の場所についてKAM値を測定する。第3の工程として、第2の工程で測定された調査材料のKAM値を試験材料で求められた材料寿命の消費度とKAM値との関係を表したマスターカーブに代入する。この代入により該KAM値が試験材料と同じと仮定した場合の材料寿命の消費度、すなわち材料寿命が求められる。上述するように試験材料におけるKAM値の測定は、実際の調査材料の測定場所、材質と同じ条件である。従って、上記代入で求められた材料寿命は実際の調査材料の材料寿命と推測することができる。以下、第1〜3の方法における試験材料のKAM値の変化度合を示すマスターカーブとこれを用いた現実の調査材料の寿命予測方法とについて説明する。
【0042】
上記試験材料の試験の前提として、図4を参照すれば、供試材として燃焼室用銅合金を使用した場合のクリープ疲労試験の荷重負荷パターンと該供試材の試験条件とを示している。本実施形態では、供試材を550℃の温度下において歪範囲1%となるように引張、圧縮を行う。さらに、圧縮時には歪量0.5%を保持した状態を5分間維持させる。この圧縮、引張を1サイクルとする。試験の結果、本供試材においては420サイクルで破断した。従って、表に示すように420サイクルの70%すなわち294サイクルで中断した試材を70%消費材とし、420サイクルの90%すなわち378サイクルで中断した試材を90%消費材と定義した。
【0043】
以下、上述する第1〜第3の方法において求められたマスターカーブについて個々それぞれ実際の実験結果を基に具体的に説明する。
図5〜図7を参照すれば、結晶粒界のKAM値の変化を測定する第1の方法について示している。具体的には図5に示す結晶粒界近傍の10×20μmの領域である計測領域50内の複数の分析区画のKAM値を測定する。このKAM値の測定結果は、図6中の表に示す通り未試験材では、3.12、70%消費材では、3.43、90%消費材では、4.02、破断材では、4.36であり、グラフ化したものは図6中のグラフの通りである。
【0044】
さらに、図7は上記結晶粒界近傍のKAM値の変化率を検証したものである。KAM値の変化率は、
KAM値の変化率
=(調査材KAM値 − 未試験材のKAM値)/(未試験材KAM値)
で表したものである。
この変化率をグラフ化したものが図7中のグラフである。
上記2つのグラフがマスターカーブとなる。
【0045】
現実の疲労した調査材料の寿命を予測する場合、以上のように求められたマスターカーブに調査材料において測定されたKAM値を代入することにより行う。まずクリープ疲労材料について図5に示す計測領域50と同様の結晶粒界近傍の領域についてKAM値を測定する。この測定されたKAM値が、例えば、3.75である場合、図6のマスターカーブに代入すると図6のグラフに示す通り材料寿命が82%であることが予測できる。
【0046】
また、上記KAM値、3.75をKAM値の変化率で示すと約0.2となる。従って、図7のマスターカーブを使用すれば図のグラフに示す通り材料寿命が約82%と予測できる。
図7に示すマスターカーブを使用すれば、仮に試験材料と調査材料との初期状態すなわち未消費の際のKAM値にずれが生じた場合(本例では調査材料の未消費におけるKAM値が3.12から少々離れている場合)においても、未消費状態を0とした変化率で予測するため対応し易いという利点がある。
【0047】
次に図8〜図10を参照すれば、結晶粒内のKAM値を測定する第2の方法について示している。具体的には、図8に示すように結晶粒の中心部の20×40μmの領域である計測領域80内の複数の分析区画のKAM値を測定する。このKAM値の測定結果は、図9中の表に示す通り未試験材では、1.85、70%消費材では、1.77、90%消費材では、1.32、破断材では、1.00であり、グラフ化したものは図9中のグラフの通りである。
【0048】
さらに、図10は上記結晶粒内のKAM値の変化率を検証したものである。KAM値の変化率は、図7に示す場合と同様に、
KAM値の変化率
=(調査材KAM値 − 未試験材KAM値)/(未試験材KAM値)
で表したものである。
この変化率をグラフ化したものが図10中のグラフである。
上記2つのグラフがマスターカーブとなる。
【0049】
この場合においても現実のクリープ疲労した調査材料の寿命を予測するには、上述する結晶粒界のKAM値を測定する場合と同様に求められたマスターカーブに、調査材料において測定されたKAM値を代入することにより行う。
また、図10に示すマスターカーブを使用すれば、仮に試験材料と調査材料との初期状態すなわち未消費の際のKAM値にずれが生じた場合においても、未消費状態を0とした変化率で予測するため対応し易いという点も結晶粒界のKAM値で予想する場合と同様である。
【0050】
さらに図11、12を参照すれば、結晶粒の中心から結晶粒界に向かう垂直なライン上のKAM値の変化により測定する第3の方法について示している。具体的には、図11に示すように結晶粒の中心から結晶粒界に向かって垂直なラインを引き、中心部6μmのKAM値を測定しその平均値を中心部KAM値とし、結晶粒界から6μmのKAM値を測定しその平均値を粒界KAM値とし、該中心部KAM値と粒界KAM値とのKAM値差を測定した。このKAM値差の測定結果は、図12中の表に示す通り未試験材では、1.02、70%消費材では、1.70、90%消費材では、3.25、破断材では、3.66であり、グラフ化したものは図12中のグラフの通りである。このグラフがマスターカーブとなる。
【0051】
この場合においても現実のクリープ疲労した調査材料の寿命を予測するには、上述する結晶粒界のKAM値又は結晶粒内のKAM値を測定する場合と同様に求められたマスターカーブに調査材料において測定されたKAM値差を代入することにより行う。
【0052】
以上、結晶粒界のKAM値変化、結晶粒内のKAM値変化及び結晶粒内から結晶粒界にかけてのKAM値差の変化を使用した3つの寿命予測方法について説明してきたが、より測定精度を向上させるためにこれらの方法をそれぞれ2つ又は3つ組み合わせて1つの寿命予測方法とすることもできる。1つの領域におけるKAM値の変化のみを測定した場合、種々の疲労条件、材質等の要因により、理想条件での疲労とKAM値との関係から誤差が生じる可能性がある。従って、複数の方法、領域で測定を重ねることにより、真の寿命消費を示したデータに収束させることができる。結果、より精度の高い寿命予測が可能となる。
【0053】
また、上記KAM値の変化を利用した方法に従来より使用されてきた硬さ試験を組合わせることにより、さらなる測定精度の向上を図ることも考えられる。この方法によれば、広く材料寿命の消費状況を判断できるが損傷状況を細部まで測定できない従来の硬さ試験の弊害を防止できると共に、ここで説明してきた結晶方位差から測定する方法における局所的誤差の修正をも図ることが可能となる。
【0054】
更に、試験材料の材料寿命の消費度とKAM値(局所的な結晶方位のずれ)との関係を示すマスターカーブを求める際に、試験材料の疲労状態を考慮することにより、より正確に余寿命を測定することができる。
【0055】
つまり、試験材料を単純疲労させたときの単純疲労マスターカーブ、試験材料を引張保持クリープ疲労させたときの引張保持クリープ疲労マスターカーブ、試験材料を圧縮保持クリープ疲労させたときの圧縮保持クリープ疲労マスターカーブを求めておく。
【0056】
ここにおいて、単純疲労とは、図13(a)に一例を示すように、歪み範囲を1パーセントとして最大歪み量を0.5%とした圧縮と引張を交互に試験材料に与えて疲労させることであり、換言すると、歪み量0.5%の状態を長い時間に亘って維持することなく圧縮と引張を交互に試験材料に与えて疲労させることである。
引張保持クリープ疲労とは、図13(b)に一例を示すように、試験材料に対して、歪範囲を1%として歪み量0.5パーセントの引張状態を一定時間(例えば5分)付与した後に、最大歪み量を0.5%とした圧縮を短時間(例えば5秒)付与するサイクル動作を、多数サイクル付与して疲労させることである。
圧縮保持クリープ疲労とは、図13(c)に一例を示すように、試験材料に対して、歪み範囲を1パーセントとして歪み量0.5%の圧縮状態を一定時間(例えば5分)付与した後に、最大歪み量を0.5%とした引張を短時間(例えば5秒)付与するサイクル動作を、多数サイクル付与して疲労させることである。
【0057】
図14は、試験材料である銅合金を550°Cの温度下において、単純疲労させたときの単純疲労マスターカーブA、引張保持クリープ疲労させたときの引張保持クリープ疲労マスターカーブB、圧縮保持クリープ疲労させたときの圧縮保持クリープ疲労マスターカーブCを求めて示すものである。KAM値の測定は、結晶粒内のKAM値の測定を行う第2の方法により行った。
【0058】
現実の疲労した調査材料の寿命を予測する場合には、まず、調査材料が単純疲労したものであるか、引張保持クリープ疲労したものであるか、圧縮保持クリープ疲労したものであるかを判定する。例えば、再使用型ロケットの燃焼室の内面材料は、その使用場所の特質から、圧縮保持クリープ疲労していることが判っている。他の調査材料においても、その使用場所の特質から、疲労のタイプを判定することができる。また、調査材料のKAM値の測定を、結晶粒内のKAM値の測定を行う第2の方法により実行する。
【0059】
そして、単純疲労したものである場合には、マスターカーブAを採用し、調査材料のKAM値をマスターカーブAに代入することにより、寿命を予測することができる。また、引張保持クリープ疲労したものである場合には、マスターカーブBを採用し、調査材料のKAM値をマスターカーブBに代入することにより、寿命を予測することができる。更に、圧縮保持クリープ疲労したものである場合には、マスターカーブCを採用し、調査材料のKAM値をマスターカーブCに代入することにより、寿命を予測することができる。
【0060】
なお、図14のマスターカーブでは、KAM値の測定は、結晶粒内のKAM値の測定を行う第2の方法により行ったが、結晶粒界近傍でのKAM値の測定を行う第1の方法や、結晶粒の中心から結晶粒界に向かって粒界に垂直なライン上のKAM値変化を求める第3の方法により、各種疲労(単純疲労,引張保持クリープ疲労,圧縮保持クリープ疲労)に応じたマスターカーブを求めるようにしてもよい。また、各種疲労に応じたマスターカーブとしては、KAM値の変化率をグラフにしたものを使用してもよい。
そして、現実の疲労した調査材料の寿命を予測する場合には、調査材料の疲労に対応したマスターカーブを採用し、採用したマスターカーブにおけるKAM値と同じ手法で求めた調査材料のKAM値を、採用したマスターカーブに適用することにより、寿命を予測することができる。
【0061】
このように、調査材料の疲労状況に応じたマスターカーブを用いて、寿命予測することにより、より正確な寿命予測を行うことができる。
【0062】
図15は、上記各種方法により材料の余寿命を測定する余寿命測定装置100である。この測定装置100は、電子線発生部111と二次電子検出部112を備えた走査型電子顕微鏡110と、この走査型電子顕微鏡110からのデータを演算処理してマッピングする演算処理装置120とで構成されている。図15において、130は試料(試験材料や調査材料)である。走査型電子顕微鏡110は、試料130に電子線を照射したときに、試料130から発生する反射電子菊池線回折を解析する。演算処理装置120は、反射電子菊池線回折を解析した結果からKAM値を求め、マスターカーブの作成や、調査材料のKAM値をマスターカーブに適用して余寿命の演算をする。
【0063】
以上、本明細書では種々の実施形態について説明してきたが、本発明の本質は、材料寿命の消費が進行するにつれて転位が結晶粒界に集積するという現象を材料の余寿命予測に利用する点にあり、特にKAM値を使用するものに限定されるわけではなく結晶方位のずれを利用した総ての余寿命予測方法を包含するものである。
【0064】
【発明の効果】
本発明は、結晶方位顕微鏡を用いて局所的な結晶方位差を求め、その変化又は変化率から材料の損傷レベルすなわち寿命消費度合を推定するものである。本発明の方法を使用すれば材料寿命消費前には結晶粒内にも多く含まれている転位が疲労が進むにつれて結晶粒界に移動するという結晶内構造の変化を結晶方位差で代表させ、これと材料の損傷レベルとの相関をとることにより精度の良い余寿命を予測推定することができる。
さらに、本方法と従来からの金属材料の寿命評価法と組合わせて使用することにより、より高精度の余寿命予測をすることもできる。
【0065】
また本発明では、試験材料の材料寿命の消費度と該試験材料が材料寿命を消費した際の局所的な結晶方位のずれとの関係として、単純疲労関係と、引張保持クリープ疲労関係と、圧縮保持クリープ疲労関係を準備しておき、調査材料の疲労状況に応じた関係(マスターカーブ)を用いて、寿命予測することにより、より正確な寿命予測を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】KAM値を算出する方法を示した図である。
【図2】結晶粒が集合した状態の模式図と寿命消費の度合に応じたKAM値の模式図とを示している。
【図3】KAM値解析マップの一例である。
【図4】本発明の実施の形態のクリープ疲労試験を示した略図である。
【図5】結晶粒界近傍のKAM値の測定を行う計測領域を示した図である。
【図6】材料寿命と結晶粒界近傍KAM値との関係を表す表及びグラフである。
【図7】材料寿命と結晶粒界近傍KAM値変化率との関係を表す表及びグラフである。
【図8】結晶粒内のKAM値の測定を行う計測領域を示した図である。
【図9】材料寿命と結晶粒内KAM値との関係を表す表及びグラフである。
【図10】材料寿命と結晶粒内KAM値変化率との関係を表す表及びグラフである。
【図11】結晶粒内から結晶粒界にかけてのKAM値の測定を行う計測位置を示した図である。
【図12】材料寿命と、結晶粒内・結晶粒界間のKAM値差との関係を表す表及びグラフである。
【図13】各種の歪付与状態を示す特性図である。
【図14】疲労、引張クリープ疲労、圧縮クリープ疲労に対応したマスターカーブを示す特性図である。
【図15】本発明の実施の形態に係る余寿命測定装置を示すブロック図である。
【符号の説明】
10 分析区画
11 隣接区画
12 第2番目の区画
50 計測領域
80 計測領域
100 余寿命測定装置
110 走査型電子顕微鏡
120 演算処理装置
130 試料
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a remaining life measuring method for measuring a remaining life of a metal material used for a high-temperature component, in particular, an inner surface material of a combustion chamber of a reusable rocket engine, and a remaining life measuring device using the remaining life measuring method.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, when evaluating the life of a metal material, 1) a method for measuring the life from a change in hardness of the material, 2) a method for measuring the life from a change in the form of the precipitate, and 3) a life from the change in electric resistance. Methods, 4) Methods of measuring the lifetime by detecting the generation and coalescence growth of voids by ultrasonic testing have been proposed. Actually, there is a method that has already been put to practical use as a technology for evaluating the life of a high-temperature pressure-resistant pipe of a thermal power plant.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, the above-mentioned proposed life measuring methods have the following problems. That is,
1) A method of measuring the life from a change in hardness of a material: a material having a small change in hardness during use of a material has a large measurement error.
2) Method for measuring the life from the change in the form of the precipitate: It cannot be used in the first place for a material in which no precipitate is formed. In the case of a material having a stable precipitate and a small change in shape, a measurement error increases.
3) Method of measuring lifetime from change in electrical resistance: measurement error increases because it is excessively sensitive to change in resistance and reacts to noise.
4) Life measuring method using ultrasonic flaw detection: It can be evaluated only at the final stage of the life when voids are generated and coalesced.
Etc.
[0004]
As for heat-resistant steel, which has many achievements as a high-temperature member and whose life evaluation is indispensable for the stable operation of the equipment, surplus life evaluation methods are being actively studied. There are many methods for which an appropriate life evaluation method has not been established.
[0005]
In particular, the interior of the combustion chamber of the rocket engine is exposed to combustion gas exceeding 3000 degrees Celsius, so that all ordinary metallic materials are melted. When a material is used in such a situation, a material having good heat conductivity, preferably a copper alloy, is selected and the strength is given by cooling from a surface of the combustion chamber.
[0006]
However, if the material selected in the above case continues to be used, creep fatigue will occur. When the selected material is used for a disposable rocket engine, it is discarded after a certain period of use, so there is no major problem with creep fatigue life, but a reusable rocket engine requires a long use Therefore, the requirements for creep fatigue life are becoming stricter in consideration of safety, and it is necessary to check the damage status sufficiently for each use.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
Accordingly, an object of the present invention is to provide a method for measuring the remaining life of a material that has consumed the material life.
[0008]
According to claim 1, the present invention is a method for measuring the remaining life of a material that has consumed its material life, wherein the degree of consumption of the material life of the test material and the time when the test material has consumed the material life are measured. A step of preparing in advance a relationship with a local crystal orientation shift; a step of measuring a local crystal orientation shift of the investigation material in which consumption of a material life which is the same material as the test material has occurred; and Estimating the remaining life of the survey material by estimating the degree of consumption of the material life of the survey material by applying the deviation of the crystal orientation of the survey material to the relationship described above, and providing a remaining life of the survey material. The purpose is to do.
[0009]
Focusing on the crystal orientation of the crystal grains of the material in the process of consuming material life and eventually rupture, for example, creep fatigue, it is known that certain phenomena occur as the fatigue progresses . Most metal fractures, such as creep fatigue fractures, occur from crystal grain boundaries. This is because distortion (displacement) accumulates at the crystal grain boundaries with repeated use. In other words, dislocations accumulate.
[0010]
Since the dislocations in the material are substantially uniform before the consumption of the material life, the change in the crystal orientation difference depending on the location is small. As the life of the material progresses, dislocations in the crystal grains gradually accumulate at the grain boundaries, and the crystal orientation difference at the crystal grain boundaries increases, and conversely, the crystal orientation difference within the crystal grains increases. Decreases. This tendency is particularly noticeable immediately before the material breaks. Therefore, by applying this phenomenon and measuring the plane orientation difference in a crystal grain or a crystal grain boundary, it is possible to predict the progress of damage to a material. In other words, the longer the difference in the plane orientation at the crystal grain boundary is, the more the material life is consumed, and the smaller the difference in the plane orientation in the crystal grain is, the longer the material life is. Consumption is in progress.
[0011]
According to this method, first, a consumption test (for example, a fatigue test) of a material life of a test material of a specific material is performed in advance, and data of a crystal orientation difference with respect to consumption of a certain material life is collected in advance. The degree of consumption and the crystal orientation difference are related by a schematic graph or the like. In order to predict the material life consumption of a test material of the same type as the test material that actually consumed the material life, measure the crystal orientation difference of the research material, and use this value to calculate the above-mentioned material life consumption and crystal orientation. Substitution into the relationship with the difference makes it possible to predict the current consumption of the material life. Therefore, it is possible to predict the remaining life until breaking.
[0012]
According to claim 2, the present invention is the method according to claim 1, wherein the local crystal orientation deviation between the test material and the investigation material is respectively defined by the defined region of the test material and the defined region. It is an object of the present invention to provide a method for measuring a remaining life, which is derived from a crystal orientation difference angle between a specified region of the investigation material and a region corresponding to the above.
[0013]
According to this method, the crystal orientation difference in the process of consuming the material life described above is measured using the plane orientation angle. Specifically, a consumption test of the material life is first performed on a test material such as a test piece, and the crystal misorientation angle is measured at a plurality of points in time when the consumption of the material life proceeds. In the measurement, first, a specified region in a crystal grain is divided into a number of fine regions, and the average of the crystal orientation difference angles between each fine region and a plurality of fine regions around the fine region is calculated. Further, a value obtained by averaging the calculated crystal orientation difference angles in each of the plurality of fine regions in the defined region is calculated. This calculation method is performed at a plurality of points in the process of consuming the material life, and, for example, a master curve is drawn, which relates the degree of consumption of the material life to the calculated value.
[0014]
Next, the average crystal orientation difference angle is calculated by the same method as the above-described calculation method for the investigation material to be measured for the consumption degree of the material life, and the calculated value is substituted into the above-described master curve or the like. At that time, the consumption of the material life corresponding to the value on the master curve can be predicted as the consumption of the material life of the investigation material. That is, it is possible to predict the remaining life of the investigation material. The change in the average crystal misorientation angle is calculated by calculating the difference between the average crystal misorientation angle during non-fatigue and the average crystal misorientation angle when the material life is consumed as the calculated crystal misorientation angle. You can also.
[0015]
According to claim 3, the present invention is the method according to claim 2, characterized in that the defined area of the test material and the defined area of the investigation material are each located in a crystal grain of each material. It is an object of the present invention to provide a method for measuring the remaining life.
[0016]
According to this method, the specified region for measuring the crystal misorientation angle of the test material and the investigation material is defined as a crystal grain. As described above, the difference in plane orientation within a crystal grain decreases as the consumption of the material life progresses. This method focuses on this phenomenon.By substituting the plane orientation difference in the crystal grains measured with the test material into a master curve derived from the test material, the consumption of the life of the test material and, consequently, the remaining life can be reduced. Can be predicted.
[0017]
According to claim 4, the present invention is the method according to claim 2, wherein the defined region of the test material and the defined region of the investigation material are each located near a grain boundary of each material. It is an object of the present invention to provide a method for measuring a characteristic remaining life.
[0018]
According to this method, the specified region for measuring the crystal misorientation angle of the test material and the investigation material is set near the crystal grain boundary. As described above, the difference in the plane orientation of the crystal grain boundaries increases as the consumption of the material life progresses. This method focuses on this phenomenon, and by substituting the plane orientation difference of the crystal grain boundaries measured with the test material into a master curve derived from the test material, the consumption of the material life of the test material, and hence the remaining life Can be predicted.
[0019]
According to claim 5, the invention is the method according to claim 1, wherein the local crystallographic deviation between the test material and the investigation material is each between two regions in the test material. The remaining life is measured based on a change in crystal misorientation angle and a change in crystal misorientation angle between two regions in the test material corresponding to two regions in the test material. The aim is to provide a method.
[0020]
In the above-described measurement method, the remaining life was predicted by calculating the change in the crystal orientation difference angle in one region of the crystal grain. In this method, however, the difference in the crystal orientation difference angle in the two regions was calculated. Then, the degree of consumption of the material life and, consequently, the remaining life are predicted based on the change in the calculated value. When the change in the crystal misorientation angle in each of the two regions acts in the opposite direction to the change in the crystal misorientation angle in the other region, the difference between the crystal misorientation angles in both regions becomes significant. For example, when the crystal misorientation angle in one region tends to increase and the crystal misorientation angle in another region tends to decrease, the difference in crystal misorientation angle between the former and the latter tends to increase. It will be noticeable. Therefore, according to the present method, the movement of dislocations in crystal grains can be more clearly shown, so that the accuracy of measuring the remaining life is improved. Further, in the method described above, the specified region in the crystal grain is divided into a number of fine regions, and the peripheral direction and the plane direction difference angle in each fine region are calculated and averaged over the specified region for measurement. In this case, since the accuracy is improved, the number of micro regions to be measured can be reduced, and as a result, the data analysis speed at the time of measurement is improved. In the present method, the degree of change, that is, the change rate of the difference in crystal orientation difference can also be predicted as in the case of the method described in claims 2 to 4.
[0021]
In particular, according to the method of claim 6, the present invention is the method of claim 5, wherein the two regions in the test material and the two regions in the investigation material are different from each other. There is provided a method for measuring a remaining life, which is characterized by being located substantially at the center of a crystal and near a crystal grain boundary.
[0022]
According to this method, the two regions are a crystal center and a grain boundary of the material. As the life of the material progresses, the plane misorientation angle of the crystal grain boundary increases, particularly remarkably immediately before fracture, while the plane misorientation angle in the crystal grain monotonically decreases until fracture. Therefore, the change in the crystal misorientation angle with respect to the consumption of the material life is larger than in the case where only one of the two regions is measured. Or the number of micro regions to be measured can be reduced, thereby improving the data analysis speed.
[0023]
According to claim 7, the present invention is a method according to any one of claims 1 to 6, wherein the degree of consumption of the material life of the test material and the degree of consumption of the test material over the material life are determined. In the step of preparing the relationship with the local crystal orientation deviation in advance, the degree of consumption of the material life of the test material when the test material is simply fatigued and the local consumption when the test material consumes the material life The simple fatigue relationship, which is the relationship with the misorientation of the crystal orientation, and the degree of consumption of the material life of the test material when the test material is subjected to tensile holding creep fatigue, and the local crystal when the test material consumes the material life. The tensile retention creep fatigue relationship, which is the relationship with the misorientation, and the degree of consumption of the material life of the test material when the test material is subjected to compression retention creep fatigue, and the Compression preservation, which is related to The creep-fatigue relationship is prepared, and the remaining life of the survey material is estimated by estimating the degree of consumption of the material life of the survey material by applying the measured crystal orientation deviation to the relationship. In the step, from the simple fatigue relationship, the tensile holding creep fatigue relationship and the compression holding creep fatigue relationship, a relationship indicating a fatigue condition closest to the fatigue condition of the investigation material is selected, and the selected relationship It is an object of the present invention to provide a method of estimating the remaining life of the investigation material by estimating the consumption of the material life of the investigation material by applying the measured crystal orientation shift.
[0024]
The life of the material is different between simple fatigue, tensile retention creep retention fatigue, and compression retention creep fatigue. Therefore, by applying the fatigue relationship closest to the fatigue state of the investigation material, the remaining life of the investigation material can be measured more accurately.
[0025]
According to claim 8, the present invention is a remaining life measuring apparatus used in the method according to any one of claims 1 to 7, wherein the measurement of the crystal orientation difference is performed by a backscattered electron Kikuchi diffraction line. It is an object of the present invention to provide an apparatus for measuring the remaining life, which comprises an electron microscope for analyzing data and an arithmetic processing unit for arithmetically processing and mapping data from the microscope.
[0026]
According to the present apparatus, the measurement of the crystal orientation difference in the above-mentioned remaining life measurement method can be performed at a high speed to perform the measurement of the crystal orientation difference at a large number of points in a certain region, which has been difficult in the past. In addition, it is possible to quickly and accurately estimate and measure the degree of life consumption of a material and, consequently, the remaining life.
[0027]
Although the contents of the present invention can be understood from the above description, the contents of the present invention can be more clearly understood by describing specific embodiments of the present invention with reference to the accompanying drawings. Would.
[0028]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
The crystal orientation can be obtained by analyzing a diffraction line called a Kikuchi line in the backscattered electron analysis of a scanning electron microscope (SEM). The backscattered electron Kikuchi line diffraction is called EBSP (Electron Back-Scatter diffraction Pattern), and a crystal orientation analysis system using this diffraction has been developed. Further, an OIM (Oriental Imaging Microscopy) system capable of fully automatic analysis of crystal orientation has been developed as an analyzer. The use of the OIM system has been increasing particularly due to the recent increase in the processing speed of computers.
[0029]
The OIM system irradiates an electron beam onto the finish-polished material surface at an arbitrary pitch of approximately micron order, and measures EBSP obtained therefrom. The EBSP obtained here is specific to the crystal orientation. Therefore, it is possible to measure the crystal orientation difference at the place where the electron beam is irradiated. In the embodiment of the present invention, a method of measuring a remaining life of a material using an OIM system will be described.
[0030]
The crystal misorientation measured by the OIM system is expressed as an angle. In the system, KAM (Karnel Averaging Misorientation) analysis is performed to screen the angle data as reliable data.
[0031]
Specifically, as shown in FIG. 1, first, an arbitrary analysis section 10 in a crystal grain is determined. This analysis section is a fixed area artificially determined to analyze a local plane orientation difference in a crystal grain, and divides the inside of the crystal grain into a number of regular hexagons. That is, each measurement point is replaced with a regular hexagonal analysis section 10.
[0032]
First, as a first step, a plane orientation difference between the analysis section (also referred to as a “pixel”) 10 and six adjacent sections 11A to 11F adjacent to the analysis section is measured. Referring to FIG. 1, 2.5 °, 38.1 °, 37.6 °, and 1.3 ° are examples of the measurement results of the plane orientation difference of six adjacent sections 11A to 11F with respect to the analysis section 10, respectively. , 1.8 ° and 2.1 °.
Among the above results, crystal orientation difference angles exceeding a predetermined threshold value are excluded in consideration of data reliability. Here, about the small angle grain boundary, that is, 5 ° is designated as the threshold value. Therefore, 38.1 ° and 37.6 ° of the above measured values are deleted, and 2.5 °, 1.3 °, 1.8 ° and 2.1 ° are effective values.
[0033]
As a second step, the average of the effective values is calculated. This average value serves as a reference for evaluating the crystal orientation difference as a KAM value. Specifically, in the case of FIG.
KAM value = 1.9 ° = (2.5 ° + 1.3 ° + 1.8 ° + 2.1 °) / 4
It becomes.
In the above-described process, the method of evaluating the plane orientation difference between the analysis section 10 and the adjacent section 11 has been described. However, the KAM value is related to the analysis step size. Therefore, in order to improve the analysis accuracy, not only the adjacent section 11 but also the plane orientation difference between the second section 12 (see reference numerals 12A and 12B in FIG. 1) and the third section (not shown) are selected. Then, an average value from which a value equal to or larger than the threshold value is deleted can be evaluated as a KAM value.
[0034]
Next, the relationship between the consumption of the material life of the material and the KAM value will be described.
When a material is repeatedly subjected to a load or a high temperature for a long time, dislocations in crystal grains move to grain boundaries. Therefore, dislocations in the crystal grains decrease and increase at the crystal grain boundaries. For this reason, as the consumption of the material life progresses, the plane orientation difference, that is, the KAM value also decreases in the crystal grain and increases at the crystal grain boundary.
Metal fractures such as creep or creep fatigue fracture often occur from crystal grain boundaries. This is because strain is accumulated at grain boundaries with repeated use, that is, dislocations accumulate at grain boundaries.
Therefore, if the change or the rate of change of the KAM value is verified, it is possible to predict the progress of the consumption of the material life, and also to predict the remaining life of the material.
[0035]
Referring to FIG. 2, there is shown a schematic diagram of a crystal grain and a graph of a change in KAM value along a line AA on the schematic diagram along with the life consumption. As shown, line AA extends over three consecutive grains.
As shown in the graph of FIG. 2, it can be seen that there is no large difference in the KAM value between the crystal grain boundary and the inside of the crystal grain when the life is not consumed at all. This is because dislocations in the material are distributed substantially uniformly. On the other hand, the dislocations in the crystal grains gradually accumulate at the crystal grain boundaries as the life is consumed, that is, as they progress from the middle life to the latter life (immediately before the fracture), and as a result, the crystal grain boundaries The KAM value increases, and conversely, the KAM value in the crystal grain decreases, and this tendency becomes more prominent in the latter half of the life, that is, immediately before fracture.
[0036]
Referring to FIG. 3 for reference, the results of the KAM analysis on the sample surface of the copper alloy that has consumed 90% life are graphically represented by the concentration change. In FIG. 3, a solid stepped line indicates a crystal grain boundary, and each region surrounded by the solid line and largely divided indicates a crystal grain. Further, the inside of the crystal grain contains a large number of the above-described analysis sections (pixels). Each analysis section is shown darker as the KAM value increases. Therefore, looking at the whole of FIG. 3, the darker part is the part with the larger KAM value. That is, it shows a portion where the amount of dislocation is large.
FIG. 3 shows that the KAM value at the grain boundary of the material immediately before the fracture is significantly larger than the KAM value within the crystal grain. That is, it can be said that FIG. 3 specifically shows the above-described dislocation at the crystal grain boundary. The significance of 90% life consumption will be described later.
[0037]
In the embodiment of the present invention, the KAM value measurement system using the above-described OIM system is used, and the progress of creep fatigue of the inner surface material of the actual measurement object, for example, the combustion chamber (made of copper alloy) of a reusable rocket engine is used. Degree, that is, the life consumption degree is predicted using the KAM value. Specifically, the present embodiment exemplifies three methods.
[0038]
The first method focuses on the fact that dislocations accumulate in the vicinity of a crystal grain boundary as the consumption of the material life progresses, and obtains the change from the KAM value in the vicinity of the crystal grain boundary. That is, the life expectancy of the material is determined from the degree of change of the KAM value.
[0039]
The second method is to predict from a change in KAM value within a crystal grain. As the consumption of the material life progresses, dislocations move to crystal grain boundaries in the crystal grains, and the KAM value in the crystal grains decreases monotonously. Therefore, if attention is paid to the relationship between the change in the KAM value in the crystal grain and the material life, the material life can be predicted from the change in the KAM value in the crystal grain.
[0040]
The third method is to determine a change in the KAM value on a line perpendicular to the grain boundary from the center of the crystal grain to the grain boundary, and to determine the difference or degree of change between the center and the grain boundary (in the case of a graph). Of the material is estimated by calculating the slope of the material.
[0041]
Although the first to third methods differ in the place where the KAM value is measured, the steps are common. Specifically, first, a master curve is obtained by graphing the relationship between the KAM value and the consumption degree of the material life of the test material of the same material as the material to be actually measured. Next, as a second step, the KAM value is measured for the investigation material to be actually measured at the same place as in the first step. As a third step, the KAM value of the test material measured in the second step is substituted into a master curve representing the relationship between the consumption degree of the material life and the KAM value obtained for the test material. By this substitution, the consumption degree of the material life when the KAM value is assumed to be the same as the test material, that is, the material life is obtained. As described above, the measurement of the KAM value in the test material is performed under the same conditions as the actual measurement place and material of the investigation material. Therefore, the material life obtained by the above substitution can be estimated as the material life of the actual investigation material. Hereinafter, a master curve indicating the degree of change of the KAM value of the test material in the first to third methods and a method of estimating the life of an actual investigation material using the master curve will be described.
[0042]
As a premise of the test of the test material, FIG. 4 shows a load pattern and a test condition of a creep fatigue test when a copper alloy for a combustion chamber is used as a test material. . In this embodiment, the test material is stretched and compressed at a temperature of 550 ° C. so as to have a strain range of 1%. Further, at the time of compression, the state where the strain amount is maintained at 0.5% is maintained for 5 minutes. This compression and tension are defined as one cycle. As a result of the test, the test specimen broke at 420 cycles. Therefore, as shown in the table, a sample interrupted at 70% of 420 cycles or 294 cycles was defined as a 70% consumable material, and a sample interrupted at 90% of 420 cycles or 378 cycles was defined as a 90% consumable material.
[0043]
Hereinafter, the master curves obtained by the above-described first to third methods will be specifically described based on actual experimental results.
FIGS. 5 to 7 show a first method for measuring a change in the KAM value of a crystal grain boundary. Specifically, the KAM values of a plurality of analysis sections in a measurement region 50 which is a region of 10 × 20 μm near the crystal grain boundary shown in FIG. 5 are measured. As shown in the table of FIG. 6, the KAM value measurement results were as follows: 3.12 for the untested material, 3.43 for the 70% consuming material, 4.02 for the 90% consuming material, and 42 for the broken material. .36, and the graph is as shown in the graph of FIG.
[0044]
Further, FIG. 7 verifies the change rate of the KAM value near the crystal grain boundary. The rate of change of the KAM value is
Change rate of KAM value
= (KAM value of surveyed material-KAM value of untested material) / (KAM value of untested material)
It is represented by
A graph of this change rate is a graph in FIG.
The above two graphs are master curves.
[0045]
When estimating the life of the actual fatigued investigation material, it is performed by substituting the KAM value measured for the investigation material into the master curve obtained as described above. First, the KAM value of the creep fatigue material is measured in a region near the crystal grain boundary similar to the measurement region 50 shown in FIG. When the measured KAM value is 3.75, for example, it can be predicted that the material life is 82% as shown in the graph of FIG. 6 by substituting it into the master curve of FIG.
[0046]
Further, the above KAM value, 3.75, is expressed as about 0.2 when expressed as a change rate of the KAM value. Therefore, if the master curve shown in FIG. 7 is used, the material life can be estimated to be about 82% as shown in the graph of FIG.
If the master curve shown in FIG. 7 is used, a shift occurs in the KAM value between the initial state of the test material and the test material, that is, the KAM value when the test material is not consumed (in this example, the KAM value when the test material is not consumed is 3. Even if it is slightly away from 12), there is an advantage that it is easy to cope with it because the unconsumed state is predicted at a change rate of 0.
[0047]
Next, FIGS. 8 to 10 show a second method for measuring a KAM value in a crystal grain. Specifically, as shown in FIG. 8, KAM values of a plurality of analysis sections in a measurement area 80 which is a 20 × 40 μm area at the center of a crystal grain are measured. As shown in the table of FIG. 9, the KAM value measurement results are 1.85 for the untested material, 1.77 for the 70% consuming material, 1.32 for the 90% consuming material, and 1 for the broken material. .00, and the graph is as shown in the graph of FIG.
[0048]
Further, FIG. 10 verifies the change rate of the KAM value in the crystal grain. The change rate of the KAM value is similar to the case shown in FIG.
Change rate of KAM value
= (KAM value of surveyed material-KAM value of untested material) / (KAM value of untested material)
It is represented by
FIG. 10 is a graph showing the rate of change.
The above two graphs are master curves.
[0049]
Even in this case, in order to predict the life of the actual creep-fatigued investigation material, the KAM value measured in the investigation material is added to the master curve obtained in the same manner as in the case of measuring the KAM value of the crystal grain boundary described above. This is done by substituting.
Further, if the master curve shown in FIG. 10 is used, even if the KAM value of the test material and the investigation material is shifted in the initial state, that is, when the KAM value is not consumed, the unconsumed state is assumed to be 0. The point that it is easy to cope with the prediction is the same as the case where it is predicted by the KAM value of the crystal grain boundary.
[0050]
11 and 12, there is shown a third method of measuring the change in the KAM value on a vertical line from the center of the crystal grain to the crystal grain boundary. Specifically, as shown in FIG. 11, a vertical line is drawn from the center of the crystal grain toward the crystal grain boundary, the KAM value at the central portion of 6 μm is measured, and the average value is used as the central portion KAM value. And a mean value thereof was defined as a grain boundary KAM value, and a KAM value difference between the central part KAM value and the grain boundary KAM value was measured. As shown in the table in FIG. 12, the measurement results of the KAM value difference were 1.02 for the untested material, 1.70 for the 70% consuming material, 3.25 for the 90% consuming material, and 3.25 for the broken material. 3.66, and the graph is as shown in the graph of FIG. This graph becomes the master curve.
[0051]
Even in this case, in order to predict the life of the actual creep-fatigue test material, a master curve obtained in the same manner as in the case of measuring the KAM value of the crystal grain boundary or the KAM value in the crystal grain described above is used. This is performed by substituting the measured KAM value difference.
[0052]
The three life prediction methods using the change in the KAM value at the crystal grain boundary, the change in the KAM value in the crystal grain, and the change in the KAM value difference from the crystal grain to the crystal grain boundary have been described above. In order to improve the life expectancy, two or three of these methods may be combined to form one life expectancy method. When only a change in the KAM value in one region is measured, an error may occur from the relationship between the fatigue under ideal conditions and the KAM value due to various fatigue conditions, materials, and the like. Therefore, by repeating the measurement in a plurality of methods and regions, it is possible to converge to data indicating the true life consumption. As a result, a more accurate life prediction can be performed.
[0053]
It is also conceivable to further improve the measurement accuracy by combining a method utilizing the change in the KAM value with a hardness test conventionally used. According to this method, it is possible to judge the consumption state of the material life widely, but it is possible to prevent the harmful effects of the conventional hardness test in which the damage state cannot be measured in detail, and it is also possible to locally determine the method of measuring from the crystal orientation difference described here. It is also possible to correct the error.
[0054]
Further, when obtaining a master curve indicating the relationship between the consumption of the material life of the test material and the KAM value (local crystal orientation deviation), the fatigue life of the test material is taken into account to more accurately estimate the remaining life. Can be measured.
[0055]
In other words, a simple fatigue master curve when the test material is simply fatigued, a tensile holding creep fatigue master curve when the test material is subjected to tensile holding creep fatigue, and a compression holding creep fatigue master when the test material is subjected to compression holding creep fatigue. Find the curve.
[0056]
Here, simple fatigue means that a test material is fatigued by alternately applying compression and tension with a strain range of 1% and a maximum strain of 0.5%, as shown in an example in FIG. 13 (a). In other words, fatigue is given by alternately applying compression and tension to the test material without maintaining the state of 0.5% strain for a long time.
As shown in FIG. 13 (b), the tensile retention creep fatigue refers to a test material in which a strain range of 1% and a tensile state of 0.5% of strain are applied for a certain period of time (for example, 5 minutes). Later, a cycle operation of giving a compression with a maximum strain amount of 0.5% for a short time (for example, 5 seconds) is to give a large number of cycles to fatigue.
As shown in an example in FIG. 13 (c), the compression holding creep fatigue is such that a test material is given a compression state of 0.5% strain for a certain period of time (for example, 5 minutes) with a strain range of 1%. Later, a cycle operation of applying a tensile force with a maximum strain amount of 0.5% for a short time (for example, 5 seconds) is performed by applying a large number of cycles to fatigue.
[0057]
FIG. 14 shows a simple fatigue master curve A when a copper alloy as a test material was simply fatigued at a temperature of 550 ° C., a tension holding creep fatigue master curve B when a tensile holding creep fatigue was performed, and a compression holding creep. It shows and shows the compression holding creep fatigue master curve C when fatigued. The KAM value was measured by the second method for measuring the KAM value in a crystal grain.
[0058]
When estimating the life of a real fatigued investigation material, first, determine whether the investigation material has been subjected to simple fatigue, tensile retention creep fatigue, or compression retention creep fatigue. . For example, it has been found that the material inside the combustion chamber of a reusable rocket has undergone compression holding creep fatigue due to the nature of its location of use. For other survey materials, the type of fatigue can be determined from the characteristics of the place of use. Further, the measurement of the KAM value of the investigation material is performed by the second method for measuring the KAM value in the crystal grain.
[0059]
If the tire is simply fatigued, the life can be predicted by adopting the master curve A and substituting the KAM value of the investigation material into the master curve A. Further, when the specimen has been subjected to tensile holding creep fatigue, the life can be predicted by adopting the master curve B and substituting the KAM value of the test material into the master curve B. Further, in the case of creep fatigue due to compression holding, the life can be predicted by adopting the master curve C and substituting the KAM value of the test material into the master curve C.
[0060]
In the master curve of FIG. 14, the KAM value was measured by the second method for measuring the KAM value in the crystal grain, but the first method for measuring the KAM value near the crystal grain boundary was used. In addition, according to a third method of calculating a KAM value change on a line perpendicular to the grain boundary from the center of the crystal grain toward the grain boundary, various kinds of fatigue (simple fatigue, creep fatigue under tension, creep fatigue under compression) are obtained. Alternatively, a master curve may be obtained. Further, as a master curve corresponding to various types of fatigue, a graph showing a change rate of a KAM value may be used.
Then, when predicting the life of the actual fatigued investigation material, a master curve corresponding to the fatigue of the investigation material is adopted, and the KAM value of the investigation material obtained by the same method as the KAM value in the adopted master curve is calculated as follows. The life can be predicted by applying to the adopted master curve.
[0061]
As described above, by using the master curve according to the fatigue state of the investigation material to predict the life, more accurate life prediction can be performed.
[0062]
FIG. 15 shows a remaining life measuring apparatus 100 for measuring the remaining life of a material by the above various methods. The measuring apparatus 100 includes a scanning electron microscope 110 including an electron beam generating unit 111 and a secondary electron detecting unit 112, and an arithmetic processing unit 120 that performs arithmetic processing on data from the scanning electron microscope 110 and performs mapping. It is configured. In FIG. 15, reference numeral 130 denotes a sample (a test material or a survey material). The scanning electron microscope 110 analyzes reflected Kikuchi line diffraction generated from the sample 130 when the sample 130 is irradiated with an electron beam. The arithmetic processing unit 120 calculates the KAM value from the result of analyzing the backscattered electron Kikuchi line diffraction, creates a master curve, and calculates the remaining life by applying the KAM value of the survey material to the master curve.
[0063]
As described above, various embodiments have been described in the present specification, but the essence of the present invention is that the phenomenon that dislocations accumulate at crystal grain boundaries as the consumption of material life progresses is used for predicting the remaining life of the material. However, the present invention is not limited to the method using the KAM value, but encompasses all remaining life prediction methods using the deviation of the crystal orientation.
[0064]
【The invention's effect】
The present invention obtains a local crystal orientation difference using a crystal orientation microscope, and estimates a damage level of a material, that is, a life consumption degree from a change or a change rate thereof. If the method of the present invention is used, before the material life is consumed, a change in the intracrystalline structure in which dislocations, which are also included in the crystal grains, move to the crystal grain boundaries as fatigue progresses, is represented by a crystal orientation difference. By correlating this with the damage level of the material, it is possible to predict and estimate the remaining life with high accuracy.
Further, by using the present method in combination with a conventional method for evaluating the life of a metal material, it is possible to more accurately estimate the remaining life.
[0065]
In the present invention, the relationship between the degree of consumption of the material life of the test material and the local shift of the crystal orientation when the test material consumes the material life includes a simple fatigue relationship, a tensile holding creep fatigue relationship, and a compression relationship. A more accurate life prediction can be performed by preparing the holding creep fatigue relation and predicting the life using a relation (master curve) corresponding to the fatigue state of the investigation material.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram illustrating a method of calculating a KAM value.
FIG. 2 shows a schematic diagram of a state in which crystal grains are aggregated and a schematic diagram of a KAM value according to the degree of life consumption.
FIG. 3 is an example of a KAM value analysis map.
FIG. 4 is a schematic diagram showing a creep fatigue test of an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing a measurement region in the vicinity of a crystal grain boundary where a KAM value is measured.
FIG. 6 is a table and a graph showing a relationship between a material life and a KAM value near a crystal grain boundary.
FIG. 7 is a table and a graph showing a relationship between a material life and a KAM value change rate near a crystal grain boundary.
FIG. 8 is a diagram showing a measurement region where a KAM value in a crystal grain is measured.
FIG. 9 is a table and a graph showing a relationship between a material life and an intra-grain KAM value.
FIG. 10 is a table and a graph showing a relationship between a material life and a rate of change of a KAM value in a crystal grain.
FIG. 11 is a diagram showing measurement positions for measuring a KAM value from inside a crystal grain to a crystal grain boundary.
FIG. 12 is a table and a graph showing a relationship between a material life and a KAM value difference between crystal grains and between crystal grain boundaries.
FIG. 13 is a characteristic diagram showing various strain application states.
FIG. 14 is a characteristic diagram showing a master curve corresponding to fatigue, tensile creep fatigue, and compression creep fatigue.
FIG. 15 is a block diagram showing a remaining life measuring apparatus according to the embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
10 Analysis section
11 Adjacent section
12 Second section
50 measurement area
80 Measurement area
100 remaining life measuring device
110 Scanning electron microscope
120 arithmetic processing unit
130 samples

Claims (8)

材料寿命の消費が生じた材料の余寿命を測定する方法であって、
試験材料の材料寿命の消費度と該試験材料が材料寿命を消費した際の局所的な結晶方位のずれとの関係を予め準備する工程と、
前記試験材料と同質材料である材料寿命の消費が生じた調査材料の局所的な結晶方位のずれを測定する工程と、
前記測定された調査材料の結晶方位のずれを前記関係に当てはめて該調査材料の材料寿命の消費度を推定することにより前記調査材料の余寿命を予測する工程とを含むことを特徴とする余寿命測定方法。
A method for measuring the remaining life of a material in which consumption of the material life has occurred,
A step of preparing in advance the relationship between the degree of consumption of the material life of the test material and the local crystal orientation shift when the test material consumes the material life;
A step of measuring the local crystal orientation shift of the test material in which the consumption of the material life that is the same material as the test material has occurred,
Estimating the remaining life of the survey material by estimating the degree of consumption of the material life of the survey material by applying the measured shift in the crystal orientation of the survey material to the relationship. Life measurement method.
前記試験材料と前記調査材料との局所的な結晶方位のずれは、それぞれ前記試験材料の規定領域と該規定領域に対応する前記調査材料の規定領域とにおける結晶方位差角度から導出されることを特徴とする請求項1に記載の余寿命測定方法。The local deviation of the crystal orientation between the test material and the investigation material is derived from the crystal orientation difference angle between the prescribed region of the test material and the prescribed region of the investigation material corresponding to the prescribed region. The remaining life measuring method according to claim 1, wherein: 前記試験材料の規定領域と前記調査材料の規定領域とは、それぞれ各材料の結晶粒内に位置することを特徴とする請求項2に記載の余寿命測定方法。3. The remaining life measuring method according to claim 2, wherein the specified region of the test material and the specified region of the investigation material are respectively located in crystal grains of each material. 前記試験材料の規定領域と前記調査材料の規定領域とは、それぞれ各材料の結晶粒界近傍に位置することを特徴とする請求項2に記載の余寿命測定方法。3. The remaining life measuring method according to claim 2, wherein the prescribed region of the test material and the prescribed region of the investigation material are respectively located near crystal grain boundaries of each material. 前記試験材料と前記調査材料との局所的な結晶方位のずれは、それぞれ前記試験材料における2箇所の領域間の結晶方位差角度の変化と、前記試験材料における2箇所の領域に対応する前記調査材料における2箇所の領域間の結晶方位差角度の変化とから導出されることを特徴とする請求項1に記載の余寿命測定方法。The local shift of the crystal orientation between the test material and the investigation material is caused by a change in the crystal orientation difference angle between two regions in the test material and the investigation corresponding to the two regions in the test material, respectively. 2. The remaining life measuring method according to claim 1, wherein the method is derived from a change in a crystal orientation difference angle between two regions in the material. 前記試験材料における2箇所の領域と前記調査材料における2箇所の領域とは、各材料の結晶の略中心と結晶粒界近傍とに位置することを特徴とする請求項5に記載の余寿命を測定する方法。The remaining life according to claim 5, wherein the two regions in the test material and the two regions in the investigation material are located at approximately the center of the crystal of each material and near the crystal grain boundary. How to measure. 試験材料の材料寿命の消費度と該試験材料が材料寿命を消費した際の局所的な結晶方位のずれとの関係を予め準備する工程において、
試験材料を単純疲労させたときの、試験材料の材料寿命の消費度と該試験材料が材料寿命を消費した際の局所的な結晶方位のずれとの関係である単純疲労関係と、
試験材料を引張保持クリープ疲労させたときの、試験材料の材料寿命の消費度と該試験材料が材料寿命を消費した際の局所的な結晶方位のずれとの関係である引張保持クリープ疲労関係と、
試験材料を圧縮保持クリープ疲労させたときの、試験材料の材料寿命の消費度と該試験材料が材料寿命を消費した際の局所的な結晶方位のずれとの関係である圧縮保持クリープ疲労関係とを準備しており、
前記測定された調査材料の結晶方位のずれを前記関係に当てはめて該調査材料の材料寿命の消費度を推定することにより前記調査材料の余寿命を予測する工程において、
前記単純疲労関係と前記引張保持クリープ疲労関係と前記圧縮保持クリープ疲労関係の中から、前記調査材料の疲労状況に最も近い疲労状況を示す関係を選択し、この選択した関係に、前記測定された調査材料の結晶方位のずれを当てはめて該調査材料の材料寿命の消費度を推定することにより前記調査材料の余寿命を予測することを特徴とする請求項1乃至請求項6のいずれか一項に記載の余寿命測定方法。
In the step of preparing in advance the relationship between the degree of consumption of the material life of the test material and the local shift in the crystal orientation when the test material consumes the material life,
When the test material is simply fatigued, a simple fatigue relationship, which is a relationship between the degree of consumption of the material life of the test material and the local crystal orientation shift when the test material consumes the material life,
When the test material was subjected to tensile holding creep fatigue, the tensile holding creep fatigue relationship, which is the relationship between the degree of consumption of the material life of the test material and the local crystal orientation shift when the test material consumed the material life. ,
When the test material is subjected to compression holding creep fatigue, the compression holding creep fatigue relationship, which is the relationship between the consumption of the material life of the test material and the local crystal orientation shift when the test material consumes the material life, Are prepared,
In the step of estimating the remaining life of the investigation material by estimating the degree of consumption of the material life of the investigation material by applying the deviation of the crystal orientation of the measured investigation material to the relationship,
From the simple fatigue relationship, the tension holding creep fatigue relationship and the compression holding creep fatigue relationship, a relationship indicating a fatigue situation closest to the fatigue situation of the investigation material was selected, and the selected relationship was measured. 7. The method according to claim 1, further comprising estimating a remaining life of the investigation material by estimating a consumption degree of a material life of the investigation material by applying a shift of a crystal orientation of the investigation material. Method of measuring remaining life described in.
請求項1乃至請求項7のいずれか一項に記載の方法に使用する余寿命測定装置であって、前記結晶方位差の測定を反射電子菊池線回折線を解析する電子顕微鏡と、該顕微鏡からのデータを演算処理しマッピングする演算処理装置とを備えることを特徴とする余寿命測定装置。A remaining life measuring apparatus used in the method according to any one of claims 1 to 7, wherein the measurement of the crystal orientation difference is performed by an electron microscope that analyzes a backscattered electron Kikuchi diffraction line, and the microscope includes: And an arithmetic processing device for performing arithmetic processing and mapping of the data.
JP2002236781A 2002-04-01 2002-08-15 Method for measuring remaining lifetime of material, and apparatus for measuring remaining lifetime using the same Withdrawn JP2004003922A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002236781A JP2004003922A (en) 2002-04-01 2002-08-15 Method for measuring remaining lifetime of material, and apparatus for measuring remaining lifetime using the same

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002099111 2002-04-01
JP2002236781A JP2004003922A (en) 2002-04-01 2002-08-15 Method for measuring remaining lifetime of material, and apparatus for measuring remaining lifetime using the same

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2004003922A true JP2004003922A (en) 2004-01-08

Family

ID=30446524

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2002236781A Withdrawn JP2004003922A (en) 2002-04-01 2002-08-15 Method for measuring remaining lifetime of material, and apparatus for measuring remaining lifetime using the same

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2004003922A (en)

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007057240A (en) * 2005-08-22 2007-03-08 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd Estimation apparatus of destruction cause and estimation method of destruction cause
WO2007032257A1 (en) * 2005-09-14 2007-03-22 Nec Corporation Magnetic random access memory waveform shaping circuit
JP2009052993A (en) * 2007-08-27 2009-03-12 Genshiryoku Anzen Syst Kenkyusho:Kk Measuring method of orientation difference distribution of crystal orientation, and measuring method of local distribution of plastic strain
JP2011021926A (en) * 2009-07-14 2011-02-03 Institute Of Nuclear Safety System Inc Crystal orientation analysis method
JP2011033600A (en) * 2009-08-06 2011-02-17 Kobe Steel Ltd Method for evaluating resistance to delayed fracture of steel plate molding
JP2011179879A (en) * 2010-02-26 2011-09-15 Tokyo Electric Power Co Inc:The Method for evaluating damage of member having received cumulated damage
JP2012154891A (en) * 2011-01-28 2012-08-16 Ihi Corp Plastic strain amount estimation device and plastic strain amount estimation method
JP2013057646A (en) * 2011-09-09 2013-03-28 Kobe Steel Ltd Fatigue characteristic evaluation method of t joint part in t-shaped welded joint structure
JP2013064626A (en) * 2011-09-16 2013-04-11 Chubu Electric Power Co Inc Method for estimating destruction cause of metallic material and destruction cause estimation system
JP2015087119A (en) * 2013-10-28 2015-05-07 中部電力株式会社 Fatigue history estimation method and lifetime estimation method of metallic material
JP2017058195A (en) * 2015-09-15 2017-03-23 新日鐵住金株式会社 Method for predicting remaining lifetime of metal material
CN113203760A (en) * 2021-04-19 2021-08-03 上海发电设备成套设计研究院有限责任公司 Austenitic steel service life evaluation method based on electron back scattering diffraction
CN114252471B (en) * 2021-12-08 2024-01-12 中国科学院金属研究所 Rapid prediction method for high-temperature fatigue performance of nickel-based superalloy small-angle grain boundary

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007057240A (en) * 2005-08-22 2007-03-08 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd Estimation apparatus of destruction cause and estimation method of destruction cause
WO2007032257A1 (en) * 2005-09-14 2007-03-22 Nec Corporation Magnetic random access memory waveform shaping circuit
JP2009052993A (en) * 2007-08-27 2009-03-12 Genshiryoku Anzen Syst Kenkyusho:Kk Measuring method of orientation difference distribution of crystal orientation, and measuring method of local distribution of plastic strain
JP2011021926A (en) * 2009-07-14 2011-02-03 Institute Of Nuclear Safety System Inc Crystal orientation analysis method
JP2011033600A (en) * 2009-08-06 2011-02-17 Kobe Steel Ltd Method for evaluating resistance to delayed fracture of steel plate molding
JP2011179879A (en) * 2010-02-26 2011-09-15 Tokyo Electric Power Co Inc:The Method for evaluating damage of member having received cumulated damage
JP2012154891A (en) * 2011-01-28 2012-08-16 Ihi Corp Plastic strain amount estimation device and plastic strain amount estimation method
JP2013057646A (en) * 2011-09-09 2013-03-28 Kobe Steel Ltd Fatigue characteristic evaluation method of t joint part in t-shaped welded joint structure
JP2013064626A (en) * 2011-09-16 2013-04-11 Chubu Electric Power Co Inc Method for estimating destruction cause of metallic material and destruction cause estimation system
JP2015087119A (en) * 2013-10-28 2015-05-07 中部電力株式会社 Fatigue history estimation method and lifetime estimation method of metallic material
JP2017058195A (en) * 2015-09-15 2017-03-23 新日鐵住金株式会社 Method for predicting remaining lifetime of metal material
CN113203760A (en) * 2021-04-19 2021-08-03 上海发电设备成套设计研究院有限责任公司 Austenitic steel service life evaluation method based on electron back scattering diffraction
CN114252471B (en) * 2021-12-08 2024-01-12 中国科学院金属研究所 Rapid prediction method for high-temperature fatigue performance of nickel-based superalloy small-angle grain boundary

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2004003922A (en) Method for measuring remaining lifetime of material, and apparatus for measuring remaining lifetime using the same
Adams et al. The effects of heat treatment on very high cycle fatigue behavior in hot-rolled WE43 magnesium
JP2009092652A (en) Remaining life evaluation method and deformation amount evaluation method for metallic material
JPH10160646A (en) Method for anticipating fatigue life of structure member
JP3976938B2 (en) Creep life evaluation method
JP5410395B2 (en) Method and apparatus for evaluating crack growth rate of metallic material
JPH09195795A (en) Remaining life evaluation method for gas turbine stationary blade and device thereof
JP2007248390A (en) Breakage life evaluation device
JP4672616B2 (en) Evaluation method of stress corrosion crack growth rate
Lall et al. Prognostication of copper-aluminum wirebond reliability under high temperature storage and temperature-humidity
JP2000275164A (en) Stress corrosion crack test method
JP5604375B2 (en) How to determine the life of overhead power lines
JP2018091720A (en) Evaluation method and evaluation device for evaluating creep damage of metallic material
JP5583489B2 (en) Method and apparatus for evaluating damage of metal materials
JP3015599B2 (en) Creep damage evaluation method for ferritic heat-resistant steel
JPH06222053A (en) Deterioration diagnostic method for ferrite based heat-resistant steel
JP4702140B2 (en) Method for evaluating the life of solder joints
Caton et al. Use of small fatigue crack growth analysis in predicting the SN response of cast aluminium alloys
RU2686877C1 (en) Method for determination of endurance limit of steel parts and samples
JP6963745B2 (en) Laves phase detection method for high Cr steel
JPH07128328A (en) Method for predicting deterioration and residual life of metallic material
JP4168090B2 (en) Fatigue evaluation method for solder joints
JP2005024389A (en) Lifetime evaluation method and lifetime evaluation system of metal material
JP3624553B2 (en) Identification of various damages caused by plastic deformation
JP2009074857A (en) Lifetime estimation method of nickel-based alloy component

Legal Events

Date Code Title Description
A300 Withdrawal of application because of no request for examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300

Effective date: 20051101