JP2011196925A - Creep life evaluation method and creep life evaluation device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、クリープ寿命評価方法及びクリープ寿命評価装置に係り、特に、Ｎｉ基単結晶超合金のクリープ寿命を評価するクリープ寿命評価方法及びクリープ寿命評価装置に関する。 The present invention relates to a creep life evaluation method and a creep life evaluation apparatus, and more particularly, to a creep life evaluation method and a creep life evaluation apparatus for evaluating the creep life of a Ni-based single crystal superalloy.
高温環境で使用されているジェットエンジンやガスタービンの動翼等は、長期間の使用によりクリープ損傷するので、これらを安全に使用するためにクリープ寿命を評価する必要がある。これらの動翼等には、耐熱性に優れたＮｉ基単結晶超合金が使用されている。Ｎｉ基単結晶超合金は、母相であるニッケル固溶体のγ相に金属間化合物（Ｎｉ３Ａｌ型等）のγ´相を析出させることにより析出強化された合金である。Ｎｉ基単結晶超合金は、高温領域（例えば、９００℃以上）においてクリープ変形とともにγ相とγ´相とからなる金属組織が筏状に変化して、いわゆるラフト化することが知られている。 Since jet engines and moving blades of gas turbines used in high temperature environments are damaged by creep over a long period of time, it is necessary to evaluate the creep life in order to use them safely. For these blades and the like, Ni-based single crystal superalloys having excellent heat resistance are used. The Ni-based single crystal superalloy is an alloy strengthened by precipitation by precipitating a γ ′ phase of an intermetallic compound (Ni 3 Al type or the like) in a γ phase of a nickel solid solution as a parent phase. It is known that a Ni-based single crystal superalloy becomes a so-called raft in a high-temperature region (for example, 900 ° C. or more), in which the metal structure composed of a γ phase and a γ ′ phase changes into a bowl shape along with creep deformation .
Ｎｉ基単結晶超合金は、クリープ変形前の状態では、立方体状の析出物であるγ´相が母相であるγ相に整合に析出した組織を有している。母相であるγ相は、高温クリープ変形中にお互いに連結して筏状にラフト化しラフト組織を形成する。ラフト組織が形成されると、γ相とγ´相との界面で転位の移動が妨げられるため高温クリープ特性が向上する。ラフト組織は、クリープ変形ともに変化するため、ラフト組織の変化を利用してＮｉ基単結晶超合金のクリープ寿命を評価することが行われている。 The Ni-based single crystal superalloy has a structure in which a γ ′ phase that is a cubic precipitate is precipitated in a consistent manner with a γ phase that is a parent phase before creep deformation. The γ phase which is a matrix phase is connected to each other during high temperature creep deformation and rafted to form a raft structure. When the raft structure is formed, the high temperature creep characteristics are improved because the movement of dislocations is hindered at the interface between the γ phase and the γ ′ phase. Since the raft structure changes with creep deformation, the creep life of a Ni-based single crystal superalloy is evaluated using the change in the raft structure.
特許文献１には、Ｎｉ基耐熱合金から成るガスタービン翼のクリープ余寿命を評価する方法において、ガスタービン翼の特定箇所から試料を採取してその箇所におけるγ´相の形態変化を観察し、そのγ´相の変化組織の平均アスペクト比Ｌ／Ｔと同組織の平均幅Ｔとを測定し、ガスタービン翼と同一の材料について予め求めたγ´相のアスペクト比Ｌ／Ｔと応力との関係および平均幅Ｔと温度との関係に基づいて、ガスタービン翼の使用応力および温度を推定し、これら推定した応力および温度の値を、破断時間との関係を示すクリープマスター曲線に対応させることにより、ガスタービン翼のクリープ寿命を評価することが記載されている。 In Patent Document 1, in a method for evaluating the creep remaining life of a gas turbine blade made of a Ni-base heat-resistant alloy, a sample is taken from a specific portion of the gas turbine blade, and a change in the form of the γ ′ phase at that portion is observed. The average aspect ratio L / T of the changed structure of the γ 'phase and the average width T of the same structure are measured, and the γ' phase aspect ratio L / T and stress obtained in advance for the same material as the gas turbine blade are measured. Based on the relationship and the relationship between the average width T and the temperature, the service stress and temperature of the gas turbine blade are estimated, and these estimated stress and temperature values correspond to the creep master curve indicating the relationship with the fracture time. Describes the evaluation of the creep life of a gas turbine blade.
ところで、上述したような方法によりジェットエンジンやガスタービンの動翼等のクリープ寿命を評価する場合には、ラフト組織におけるγ´相の長さＬと幅Ｔとを測定する必要があるので、例えば、広範囲のデータを測定するためには多大な時間を要する。また、ラフト組織におけるγ´相とγ相との境界を特定することが難しいために、γ´相の幅の測定値にばらつきが生じる。そのため、このような評価方法で動翼等に用いられるＮｉ基単結晶超合金のクリープ寿命を評価する場合には、評価に多大な時間を要するとともに予測されたクリープ寿命の精度が低下する可能性がある。 By the way, when evaluating the creep life of a moving blade of a jet engine or a gas turbine by the method as described above, it is necessary to measure the length L and the width T of the γ ′ phase in the raft structure. It takes a lot of time to measure a wide range of data. In addition, since it is difficult to specify the boundary between the γ ′ phase and the γ phase in the raft structure, the measured value of the width of the γ ′ phase varies. Therefore, when evaluating the creep life of a Ni-based single crystal superalloy used for moving blades or the like by such an evaluation method, the evaluation may take a long time and the accuracy of the predicted creep life may be reduced. There is.
そこで、本発明の目的は、Ｎｉ基単結晶超合金のクリープ寿命を高精度で迅速に評価することができるクリープ寿命評価方法及びクリープ寿命評価装置を提供することである。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a creep life evaluation method and a creep life evaluation apparatus that can quickly and accurately evaluate the creep life of a Ni-based single crystal superalloy.
本発明に係るクリープ寿命評価方法は、Ｎｉ基単結晶超合金のクリープ寿命評価方法であって、前記Ｎｉ基単結晶超合金で形成され、クリープ変形した被測定物を電子顕微鏡観察して得られたラフト組織を含む金属組織画像を形成する工程と、前記金属組織画像を２次元フーリエ変換し、水平方向と垂直方向とが空間周波数からなる直交座標で表されたフーリエ変換画像を形成する工程と、前記直交座標の原点に対して点対称に形成されたラフト組織のスポット像と、予め求めておいた前記被測定物と同一組成で既知のクリープ変形を受けた材料のラフト組織のスポット像と、を比較して、前記被測定物のクリープ寿命を評価する工程と、を備えることを特徴とする。 The creep life evaluation method according to the present invention is a creep life evaluation method for a Ni-based single crystal superalloy, which is obtained by observing an object to be measured that has been creep-deformed and formed of the Ni-based single crystal superalloy. Forming a metal structure image including a raft structure, and performing a two-dimensional Fourier transform on the metal structure image to form a Fourier transform image in which a horizontal direction and a vertical direction are represented by orthogonal coordinates having spatial frequencies. A spot image of a raft structure formed point-symmetrically with respect to the origin of the orthogonal coordinates, and a spot image of a raft structure of a material subjected to a known creep deformation with the same composition as the object to be measured previously obtained And a step of evaluating the creep life of the object to be measured.
本発明に係るクリープ寿命評価方法は、前記直交座標の原点に対する前記ラフト組織のスポット像の開き度合いを求める工程を備え、前記クリープ寿命を評価する工程は、前記開き度合いと、予め求めておいた前記被測定物と同一組成で既知のクリープ変形を受けた材料におけるラフト組織のスポット像の開き度合いと、を比較することが好ましい。 The creep life evaluation method according to the present invention includes a step of obtaining an opening degree of the spot image of the raft structure with respect to the origin of the orthogonal coordinates, and the step of evaluating the creep life is obtained in advance with the opening degree. It is preferable to compare the degree of opening of the spot image of the raft structure in the material having the same composition as the object to be measured and subjected to known creep deformation.
本発明に係るクリープ寿命評価方法において、前記開き度合いは、前記フーリエ変換画像において前記ラフト組織のスポット像内の最大強度を示す最大強度位置を求め、前記直交座標の原点から最大強度位置までの距離を算出し、前記フーリエ変換画像を極座標に変換し、前記極座標の原点から前記距離の長さを動径として偏角に対する強度分布を求め、前記強度分布にガウス関数をフィッティングした曲線における最大ピークの半値幅で求められ、前記クリープ寿命を評価する工程は、前記最大ピークの半値幅と、予め求めておいた前記被測定物と同一組成で既知のクリープ変形を受けた材料の最大ピークの半値幅と、を比較することが好ましい。 In the creep life evaluation method according to the present invention, the degree of opening is a distance from the origin of the Cartesian coordinates to the maximum intensity position by obtaining a maximum intensity position indicating the maximum intensity in the spot image of the raft tissue in the Fourier transform image. The Fourier transform image is converted into polar coordinates, the intensity distribution with respect to the declination is obtained with the length of the distance from the origin of the polar coordinates as the radius, and the maximum peak in the curve obtained by fitting a Gaussian function to the intensity distribution is calculated. The step of evaluating the creep life determined by a half-value width includes the half-value width of the maximum peak and the half-value width of the maximum peak of a material subjected to known creep deformation with the same composition as the measured object obtained in advance. And are preferably compared.
本発明に係るクリープ寿命評価装置は、Ｎｉ基単結晶超合金のクリープ寿命評価装置であって、前記Ｎｉ基単結晶超合金で形成され、クリープ変形した被測定物を電子顕微鏡観察して得られたラフト組織を含む金属組織画像を形成する手段と、前記金属組織画像を２次元フーリエ変換し、水平方向と垂直方向とが空間周波数からなる直交座標で表されたフーリエ変換画像を形成する手段と、前記直交座標の原点に対して点対称に形成されたラフト組織のスポット像と、予め求めておいた前記被測定物と同一組成で既知のクリープ変形を受けた材料のラフト組織のスポット像と、を比較して、前記被測定物のクリープ寿命を評価する手段と、を備えることを特徴とする。 A creep life evaluation apparatus according to the present invention is a creep life evaluation apparatus for a Ni-based single crystal superalloy, which is obtained by observing an object to be measured which has been formed of the Ni-based single crystal superalloy and has undergone creep deformation with an electron microscope. Means for forming a metal structure image including a raft structure, and means for two-dimensional Fourier transforming the metal structure image to form a Fourier transform image in which the horizontal direction and the vertical direction are represented by orthogonal coordinates having spatial frequencies. A spot image of a raft structure formed point-symmetrically with respect to the origin of the orthogonal coordinates, and a spot image of a raft structure of a material subjected to a known creep deformation with the same composition as the object to be measured previously obtained , And a means for evaluating the creep life of the object to be measured.
本発明に係るクリープ寿命評価装置は、前記直交座標の原点に対する前記ラフト組織のスポット像の開き度合いを求める手段を備え、前記クリープ寿命を評価する手段は、前記開き度合いと、予め求めておいた前記被測定物と同一組成で既知のクリープ変形を受けた材料におけるラフト組織のスポット像の開き度合いと、を比較することが好ましい。 The creep life evaluation apparatus according to the present invention includes means for obtaining the degree of opening of the spot image of the raft structure with respect to the origin of the orthogonal coordinates, and the means for evaluating the creep life is obtained in advance with the degree of opening. It is preferable to compare the degree of opening of the spot image of the raft structure in the material having the same composition as the object to be measured and subjected to known creep deformation.
本発明に係るクリープ寿命評価装置において、前記開き度合いは、前記フーリエ変換画像において前記ラフト組織のスポット像内の最大強度を示す最大強度位置を求め、前記直交座標の原点から最大強度位置までの距離を算出し、前記フーリエ変換画像を極座標に変換し、前記極座標の原点から前記距離の長さを動径として偏角に対する強度分布を求め、前記強度分布にガウス関数をフィッティングした曲線における最大ピークの半値幅で求められ、前記クリープ寿命を評価する手段は、前記最大ピークの半値幅と、予め求めておいた前記被測定物と同一組成で既知のクリープ変形を受けた材料の最大ピークの半値幅と、を比較することが好ましい。 In the creep life evaluation apparatus according to the present invention, the degree of opening is a distance from the origin of the Cartesian coordinates to the maximum intensity position by obtaining a maximum intensity position indicating the maximum intensity in the spot image of the raft tissue in the Fourier transform image. The Fourier transform image is converted into polar coordinates, the intensity distribution with respect to the declination is obtained with the length of the distance from the origin of the polar coordinates as the radius, and the maximum peak in the curve obtained by fitting a Gaussian function to the intensity distribution is calculated. The means for evaluating the creep life determined by the half width is the half width of the maximum peak and the half width of the maximum peak of the material that has been obtained in advance and has the same composition as the measured object and has undergone known creep deformation. And are preferably compared.
上記構成のクリープ寿命評価方法及びクリープ寿命評価装置によれば、ラフト組織の変化を２次元フーリエ変換画像で評価することにより、Ｎｉ基単結晶超合金のクリープ寿命を迅速に高精度で評価することができる。 According to the creep life evaluation method and the creep life evaluation apparatus configured as described above, the creep life of the Ni-based single crystal superalloy can be evaluated quickly and with high accuracy by evaluating the change in the raft structure with a two-dimensional Fourier transform image. Can do.
以下に、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。図１は、クリープ寿命評価装置１０の構成を示すブロック図である。クリープ寿命評価装置１０は、例えば、ジェットエンジンやガスタービンに用いられ、Ｎｉ基単結晶超合金で形成された動翼等のクリープ寿命を評価する装置であり、画像形成手段１２、画像処理手段１４等を備えている。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the creep life evaluation apparatus 10. The creep life evaluation apparatus 10 is an apparatus that is used in, for example, a jet engine or a gas turbine and evaluates the creep life of a moving blade formed of a Ni-based single crystal superalloy. The image formation means 12 and the image processing means 14 Etc.
画像形成手段１２は、Ｎｉ基単結晶超合金で形成された動翼等の被測定物から採取された試料について、走査型電子顕微鏡や透過型電子顕微鏡等の電子顕微鏡で観察された金属組織画像を形成する機能を有している。 The image forming means 12 is an image of a metal structure observed with an electron microscope such as a scanning electron microscope or a transmission electron microscope for a sample collected from an object to be measured such as a moving blade formed of a Ni-based single crystal superalloy. It has the function to form.
画像形成手段１２は、例えば、走査型電子顕微鏡等にＣＣＤカメラを備えることにより、走査型電子顕微鏡等で観察された金属組織像を直接に付属のコンピュータ等でデジタル画像として形成することができる。また、画像形成手段１２は、イメージスキャナを備えることにより、走査型電子顕微鏡等で観察された金属組織写真をイメージスキャナで読み込み金属組織画像をデジタル画像で形成してもよい。金属組織画像は、例えば、ＳＥＭ像、組成像（ＣＯＭＰＯ像）または凹凸（ＴＯＰＯ）像等で形成される。画像形成手段１２は、例えば、金属組織画像を階調画像（グレースケール画像）や２値化画像で形成することができる。 For example, the image forming unit 12 includes a CCD camera in a scanning electron microscope or the like, so that a metal structure image observed with the scanning electron microscope or the like can be directly formed as a digital image with an attached computer or the like. Further, the image forming unit 12 may include an image scanner to read a metal structure photograph observed with a scanning electron microscope or the like with an image scanner and form a metal structure image as a digital image. The metal structure image is formed by, for example, an SEM image, a composition image (COMPO image), an unevenness (TOPO) image, or the like. For example, the image forming unit 12 can form a metal structure image as a gradation image (grayscale image) or a binarized image.
画像処理手段１４は、フーリエ変換部１６と、計算処理部１８と、クリープ寿命評価部２０と、を備えており、画像形成手段１２で形成した金属組織画像を処理する機能を有している。 The image processing unit 14 includes a Fourier transform unit 16, a calculation processing unit 18, and a creep life evaluation unit 20, and has a function of processing a metal structure image formed by the image forming unit 12.
フーリエ変換部１６は、画像形成手段１２で形成した金属組織画像を２次元フーリエ変換してフーリエ変換画像を形成する機能を有している。２次元フーリエ変換には、公知のアルゴリズムを使用したプログラムを用いることができる。フーリエ変換部１６は、変換処理時間を短縮するため、高速フーリエ変換機能を有していることが好ましい。フーリエ変換画像（パワースペクトル図）は、水平方向と垂直方向とが空間周波数からなる直交座標で形成され、空間周波数に対応する強度がグレースケール等の濃淡で表示される。また、フーリエ変換画像の座標原点には直流成分が示される。フーリエ変換部１６は、フーリエ変換画像の縦と横の画素数（ｐｉｘｅｌ）を、例えば、１２８×１２８、２５６×２５６、５１２×５１２、１０２４×１０２４等で形成することができる。 The Fourier transform unit 16 has a function of forming a Fourier transform image by performing two-dimensional Fourier transform on the metal structure image formed by the image forming unit 12. A program using a known algorithm can be used for the two-dimensional Fourier transform. The Fourier transform unit 16 preferably has a fast Fourier transform function in order to shorten the transform processing time. The Fourier transform image (power spectrum diagram) is formed by orthogonal coordinates in which the horizontal direction and the vertical direction are spatial frequencies, and the intensity corresponding to the spatial frequency is displayed in shades such as gray scale. A DC component is indicated at the coordinate origin of the Fourier transform image. The Fourier transform unit 16 can form the number of pixels of the Fourier transform image in the vertical and horizontal directions, for example, 128 × 128, 256 × 256, 512 × 512, 1024 × 1024, and the like.
計算処理部１８は、フーリエ変換画像について計算処理を実行し、フーリエ変換画像に形成された金属組織画像の周期性を示すスポット像について定量化する機能を有している。計算処理部１８は、後述するように、スポット像内の最大強度を示す最大強度位置の算出、フーリエ変換画像の極座標変換処理、偏角に対する強度分布の算出、強度分布をガウス関数等でフィッティングしたフィッティング曲線における半値幅の算出等の計算処理を行うことができる。 The calculation processing unit 18 has a function of performing calculation processing on the Fourier transform image and quantifying the spot image indicating the periodicity of the metal structure image formed on the Fourier transform image. As will be described later, the calculation processing unit 18 calculates the maximum intensity position indicating the maximum intensity in the spot image, converts the Fourier transform image into polar coordinates, calculates the intensity distribution with respect to the declination, and fits the intensity distribution with a Gaussian function or the like. Calculation processing such as calculation of the half-value width in the fitting curve can be performed.
クリープ寿命評価部２０は、計算処理部１８で算出されたデータと、予め求めておいた被測定物と同一組成で既知のクリープ変形を受けた材料のデータと、を比較して、被測定物のクリープ寿命を評価する機能を有している。クリープ寿命評価部２０は、被測定物と同一組成で既知のクリープ変形を受けた材料について、予め求めておいたフーリエ変換画像から計算処理されたデータとクリープ寿命消費率との関係と、計算処理部１８で算出されたデータとを比較して、被測定物のクリープ寿命消費率を評価することができる。なお、クリープ寿命消費率は、クリープ破壊までの総時間に対する使用時間の比で求められる。例えば、クリープ破断までの総時間が１００時間であり、使用時間が５０時間である場合には、クリープ寿命消費率は０．５である。 The creep life evaluation unit 20 compares the data calculated by the calculation processing unit 18 with the data of a material that has been obtained in advance and has the same composition as that of the measured object and that has been subjected to known creep deformation. It has a function to evaluate the creep life of The creep life evaluation unit 20 calculates the relationship between the data calculated from the Fourier transform image obtained in advance for the material having the same composition as the object to be measured and subjected to known creep deformation and the creep life consumption rate, and the calculation processing. The creep life consumption rate of the object to be measured can be evaluated by comparing with the data calculated by the unit 18. The creep life consumption rate is determined by the ratio of the usage time to the total time until creep rupture. For example, when the total time to creep rupture is 100 hours and the usage time is 50 hours, the creep life consumption rate is 0.5.
記憶手段２２は、画像形成手段１２で形成した金属組織画像、フーリエ変換部１６で形成したフーリエ変換画像、計算処理部１８で算出されたデータ等を格納する機能を有しており、ＣＤ−ＲＯＭやＤＶＤ等で構成される。また、記憶手段２２には、クリープ寿命評価部２０での比較等に用いるため、各種Ｎｉ基単結晶超合金、例えば、ＰＷＡ１４８０、ＣＭＳＸ−４、ＣＭＳＸ−１０、ＴＭＳ−１３８（いずれも登録商標）等について、予め求めておいたフーリエ変換画像から計算処理されたデータとクリープ寿命消費率との関係等の情報が各種Ｎｉ基単結晶超合金に関連付けして蓄積されている。そのため、クリープ寿命評価部２０は、Ｎｉ基単結晶超合金の種類を検索キーとして記憶手段２２から比較対象のＮｉ基単結晶超合金の比較データを呼び出すことができる。 The storage unit 22 has a function of storing the metal structure image formed by the image forming unit 12, the Fourier transform image formed by the Fourier transform unit 16, the data calculated by the calculation processing unit 18, and the like. And DVD. In addition, the storage means 22 is used for comparison in the creep life evaluation unit 20, and so on, for example, various Ni-based single crystal superalloys such as PWA1480, CMSX-4, CMSX-10, TMS-138 (all are registered trademarks). Are stored in association with various Ni-based single crystal superalloys, such as the relationship between the data calculated from the Fourier transform image obtained in advance and the creep life consumption rate. Therefore, the creep life evaluation unit 20 can call the comparison data of the Ni-based single crystal superalloy to be compared from the storage means 22 using the type of Ni-based single crystal superalloy as a search key.
出力手段２４は、画像形成手段１２で形成した金属組織画像、フーリエ変換部１６で形成したフーリエ変換画像、計算処理部１８で算出されたデータ、クリープ寿命評価部２０で評価されたクリープ寿命消費率を出力する機能を有している。出力手段２４は、例えば、ディスプレーやプリンタ等で構成される。 The output unit 24 includes a metal structure image formed by the image forming unit 12, a Fourier transform image formed by the Fourier transform unit 16, data calculated by the calculation processing unit 18, and a creep life consumption rate evaluated by the creep life evaluation unit 20. It has a function to output. The output unit 24 is constituted by, for example, a display or a printer.
なお、クリープ寿命評価装置１０は、一般的なコンピュータシステムで構成することができる。 In addition, the creep life evaluation apparatus 10 can be comprised with a general computer system.
次に、クリープ寿命評価方法について説明する。図２は、クリープ寿命評価方法の手順を示すフローチャートである。 Next, the creep life evaluation method will be described. FIG. 2 is a flowchart showing the procedure of the creep life evaluation method.
試料準備工程（Ｓ１０）は、Ｎｉ基単結晶超合金で形成された動翼等の被測定物から金属組織観察用の試料を採取して準備する工程である。試料は、ラフト組織の周期性が観察可能なように被測定物から採取される。例えば、被測定物が引張荷重を受けている引張クリープの場合には、試料は、応力軸方向に沿って採取される。採取された試料は、例えば、樹脂埋め等されて、アルミナ、コロイダルシリカ等の研磨材で研摩仕上げされる。 The sample preparation step (S10) is a step of preparing a sample for observation of a metal structure from an object to be measured such as a moving blade formed of a Ni-based single crystal superalloy. The sample is taken from the object to be measured so that the periodicity of the raft tissue can be observed. For example, when the object to be measured is a tensile creep subjected to a tensile load, the sample is collected along the stress axis direction. The collected sample is, for example, filled with resin and polished with an abrasive such as alumina or colloidal silica.
画像形成工程（Ｓ１２）は、試料を電子顕微鏡で金属組織観察し、金属組織画像を形成する工程である。研磨仕上げして準備された試料を走査型電子顕微鏡で金属組織観察し、ラフト組織を含む金属組織の金属組織画像を形成する。金属組織画像は、γ相とγ´相とのコントラストをより明確にするため、金属組織のコントラスト差がより大きい組成像（ＣＯＭＰＯ像）のデジタル画像として形成されることが好ましい。また、金属組織画像は、例えば、白から黒の濃淡による階調画像（グレースケール画像）や２値化画像で形成される。 The image forming step (S12) is a step of observing the metal structure with an electron microscope to form a metal structure image. The sample prepared by polishing and finishing is observed with a scanning electron microscope to form a metal structure image of the metal structure including the raft structure. In order to make the contrast between the γ phase and the γ ′ phase clearer, the metal structure image is preferably formed as a digital image of a composition image (COMPO image) having a larger contrast difference between the metal structures. Further, the metal structure image is formed by, for example, a gradation image (gray scale image) or a binarized image based on white to black.
図３は、Ｎｉ基単結晶超合金にクリープ変形が生じたときの金属組織の変化を示す模式図である、図３（ａ）は、クリープ前段階（未クリープ材）における金属組織の模式図であり、図３（ｂ）から図３（ｄ）は、クリープ変形した金属組織の模式図であり、図３（ｂ）から図３（ｄ）の順にクリープ変形が大きくなる（クリープ時間が長くなる）場合を表している。 FIG. 3 is a schematic diagram showing changes in the metal structure when creep deformation occurs in the Ni-based single crystal superalloy. FIG. 3A is a schematic diagram of the metal structure in the pre-creep stage (uncreep material). 3 (b) to FIG. 3 (d) are schematic views of the creep-deformed metal structure, and the creep deformation increases in the order from FIG. 3 (b) to FIG. 3 (d) (the creep time becomes longer). Represents the case.
ラフト組織の形成は、一般的に、引張クリープによって応力軸に対して垂直方向に生じ、圧縮クリープによって応力軸に対して平行方向に生じる。したがって、引張クリープの場合には、図３（ａ）から図３（ｄ）においてＹ軸方向が応力軸方向を示しており、圧縮クリープの場合には、Ｘ軸方向が応力軸方向を示している。 The formation of the raft structure generally occurs in a direction perpendicular to the stress axis by tensile creep and in a direction parallel to the stress axis by compression creep. Therefore, in the case of tensile creep, the Y-axis direction indicates the stress axis direction in FIGS. 3A to 3D, and in the case of compression creep, the X-axis direction indicates the stress axis direction. Yes.
クリープ前段階である未クリープ材では、図３（ａ）に示すように、立方体状の析出物であるγ´相が母相であるγ相に整合に析出した金属組織を有している。そして、Ｎｉ基単結晶超合金の金属組織は、クリープ時間の経過とともに図３（ｂ）から図（ｄ）に変化する。 As shown in FIG. 3A, the non-creep material, which is the pre-creep stage, has a metal structure in which the γ ′ phase, which is a cubic precipitate, is deposited in alignment with the γ phase, which is the parent phase. The metal structure of the Ni-based single crystal superalloy changes from FIG. 3B to FIG. 3D with the lapse of the creep time.
図３（ｂ）では、γ相がお互いに連結し、γ´相とγ相とが交互に周期的に並んだ筏状のラフト組織が形成される。例えば、引張クリープ変形を受けたＮｉ基単結晶超合金の場合には、応力軸方向（Ｙ軸方向）に対して略直交方向にγ´相とγ相とが略平行に配列してラフト組織が形成される。また、γ´相の幅（Ｙ軸方向の幅）は、小さい幅で形成されている。 In FIG. 3B, the γ phases are connected to each other, and a bowl-shaped raft structure in which γ ′ phases and γ phases are alternately arranged periodically is formed. For example, in the case of a Ni-based single crystal superalloy that has undergone tensile creep deformation, a γ ′ phase and a γ phase are arranged substantially parallel to a direction substantially orthogonal to the stress axis direction (Y-axis direction), and a raft structure Is formed. Further, the width of the γ ′ phase (the width in the Y-axis direction) is formed with a small width.
クリープが進行すると、図３（ｃ）に示すように、γ´相とγ相との配列の周期性に多少の乱れが生じたラフト組織が形成される。γ´相とγ相とは、波を打った組織で形成されている。また、図３（ｃ）に示されるラフト組織では、γ´相は粗大化し、γ´相の幅（Ｙ軸方向の幅）が図３（ｂ）より大きくなる。 As creep progresses, as shown in FIG. 3C, a raft structure is formed in which some irregularity is generated in the periodicity of the arrangement of the γ ′ phase and the γ phase. The γ ′ phase and the γ phase are formed of a waved structure. In the raft structure shown in FIG. 3C, the γ ′ phase becomes coarse, and the width of the γ ′ phase (the width in the Y-axis direction) becomes larger than that in FIG.
更にクリープが進行すると、図３（ｄ）に示すように、γ´相とγ相との配列の周期性に更に乱れが生じたラフト組織が形成される。γ´相とγ相とは、図３（ｃ）に示す組織よりも更に波打ち度合いが大きい組織で形成されている。また、図３（ｄ）に示されるラフト組織では、γ´相が更に粗大化し、γ´相の幅（Ｙ軸方向の幅）が図３（ｃ）より更に大きくなる。 When creep further progresses, as shown in FIG. 3D, a raft structure in which the periodicity of the arrangement of the γ ′ phase and the γ phase is further disturbed is formed. The γ ′ phase and the γ phase are formed of a structure having a higher degree of undulation than the structure shown in FIG. Further, in the raft structure shown in FIG. 3D, the γ ′ phase is further coarsened, and the width of the γ ′ phase (the width in the Y-axis direction) becomes larger than that in FIG.
このように、Ｎｉ基単結晶超合金のラフト組織は、クリープの進行とともに変化し、Ｎｉ基単結晶超合金のクリープ寿命とラフト組織の変化とは密接に関連している。 Thus, the raft structure of the Ni-based single crystal superalloy changes with the progress of creep, and the creep life of the Ni-based single crystal superalloy and the change in the raft structure are closely related.
フーリエ変換処理工程（Ｓ１４）は、金属組織画像をフーリエ変換部１６で２次元フーリエ変換し、フーリエ変換画像を形成する工程である。フーリエ変換画像（パワースペクトル図）は、水平方向と垂直方向とが空間周波数からなる直交座標で形成される。直交座標の原点は、直流成分を示している。フーリエ変換画像において、各空間周波数に対応する強度は、例えば、輝点で表され、強度の大小は、輝点の濃淡で表される。フーリエ変換画像の原点の周囲には、金属組織画像の周期性を示す輝点が濃淡で表わされる。２次元フーリエ変換には、変換処理時間の短縮等から高速フーリエ変換処理（ＦＦＴ）を用いることが好ましい。 The Fourier transform processing step (S14) is a step of forming a Fourier transform image by two-dimensional Fourier transform of the metal structure image by the Fourier transform unit 16. The Fourier transform image (power spectrum diagram) is formed by orthogonal coordinates in which the horizontal direction and the vertical direction are spatial frequencies. The origin of the Cartesian coordinates indicates the DC component. In the Fourier transform image, the intensity corresponding to each spatial frequency is represented by, for example, a bright spot, and the magnitude of the intensity is represented by the brightness of the bright spot. Around the origin of the Fourier transform image, bright spots indicating the periodicity of the metal structure image are represented by shading. For the two-dimensional Fourier transform, it is preferable to use a fast Fourier transform process (FFT) in order to shorten the transform processing time.
図４は、図３に示す金属組織画像を２次元フーリエ変換したときのフーリエ変換画像（パワースペクトル図）を示す模式図であり、図４（ａ）は、図３（ａ）に示す金属組織画像のフーリエ変換画像であり、図４（ｂ）は、図３（ｂ）に示す金属組織画像のフーリエ変換画像であり、図４（ｃ）は、図３（ｃ）に示す金属組織画像のフーリエ変換画像であり、図４（ｄ）は、図３（ｄ）に示す金属組織画像のフーリエ変換画像である。また、図４（ａ）に示すフーリエ変換画像において、横軸は、図３（ａ）の金属組織画像におけるＸ軸方向の空間周波数Ｓを表しており、縦軸は、図３（ａ）の金属組織画像におけるＹ軸方向の空間周波数Ｔを表している。なお、図４（ｂ）から図４（ｄ）のフーリエ変換画像についても図４（ａ）と同様にして、各金属組織画像におけるＸ軸方向の空間周波数Ｓと、Ｙ軸方向の空間周波数Ｔとが表わされている。 4 is a schematic diagram showing a Fourier transform image (power spectrum diagram) when the metal structure image shown in FIG. 3 is two-dimensionally Fourier transformed. FIG. 4 (a) is a diagram showing the metal structure shown in FIG. 3 (a). 4 (b) is a Fourier transform image of the metal structure image shown in FIG. 3 (b), and FIG. 4 (c) is a view of the metal structure image shown in FIG. 3 (c). FIG. 4 (d) is a Fourier transform image of the metal structure image shown in FIG. 3 (d). In the Fourier transform image shown in FIG. 4 (a), the horizontal axis represents the spatial frequency S in the X-axis direction in the metal structure image of FIG. 3 (a), and the vertical axis represents that in FIG. 3 (a). The spatial frequency T in the Y-axis direction in the metal structure image is represented. 4B to 4D, the spatial frequency S in the X-axis direction and the spatial frequency T in the Y-axis direction in each metal structure image are the same as in FIG. 4A. Are shown.
図４（ａ）に示すフーリエ変換画像では、スポット像３０ａ、３０ｂ、３２ａ、３２ｂが４つ形成されている。このうち、スポット像３０ａとスポット像３０ｂとは、座標原点に対して点対称に形成され、スポット像３２ａとスポット像３２ｂとは、座標原点に対して点対称に形成されている。これらスポット像３０ａ、３０ｂ、３２ａ、３２ｂは、図３（ａ）に示される金属組織画像における立方体状組織の周期性を示している。 In the Fourier transform image shown in FIG. 4A, four spot images 30a, 30b, 32a, and 32b are formed. Among these, the spot image 30a and the spot image 30b are formed point-symmetrically with respect to the coordinate origin, and the spot image 32a and the spot image 32b are formed point-symmetrically with respect to the coordinate origin. These spot images 30a, 30b, 32a, and 32b show the periodicity of the cubic structure in the metal structure image shown in FIG.
図４（ｂ）に示すフーリエ変換画像では、スポット像３４ａ、３４ｂが２つ座標原点に対して点対称に形成される。スポット像３４ａ、３４ｂは、図３（ｂ）に示される金属組織画像におけるラフト組織の周期性を示している。 In the Fourier transform image shown in FIG. 4B, the spot images 34a and 34b are formed point-symmetrically with respect to the two coordinate origins. The spot images 34a and 34b show the periodicity of the raft structure in the metal structure image shown in FIG.
図４（ｃ）に示すフーリエ変換画像では、スポット像３６ａ、３６ｂが２つ座標原点に対して点対称に形成される。スポット像３６ａ、３６ｂは、図３（ｃ）に示される金属組織画像におけるラフト組織の周期性を示している。また、図４（ｃ）のスポット像３６ａ、３６ｂは、図４（ｂ）のスポット像３４ａ、３４ｂよりも、座標原点に対する開き度合いが大きくなり、座標原点により近い位置に形成される。 In the Fourier transform image shown in FIG. 4C, the spot images 36a and 36b are formed point-symmetrically with respect to the two coordinate origins. The spot images 36a and 36b show the periodicity of the raft structure in the metal structure image shown in FIG. Further, the spot images 36a and 36b in FIG. 4C are formed at positions closer to the coordinate origin than the spot images 34a and 34b in FIG.
図４（ｄ）に示すフーリエ変換画像では、スポット像３８ａ、３８ｂが２つ座標原点に対して点対称に形成される。スポット像３８ａ、３８ｂは、図３（ｄ）に示される金属組織画像におけるラフト組織の周期性を示している。また、図４（ｄ）のスポット像３８ａ、３８ｂは、図４（ｃ）のスポット像３６ａ、３６ｂよりも、座標原点に対する開き度合いが大きくなり、座標原点により近い位置に形成される。 In the Fourier transform image shown in FIG. 4D, the spot images 38a and 38b are formed point-symmetrically with respect to the two coordinate origins. The spot images 38a and 38b show the periodicity of the raft structure in the metal structure image shown in FIG. Further, the spot images 38a and 38b in FIG. 4D have a larger degree of opening with respect to the coordinate origin than the spot images 36a and 36b in FIG. 4C, and are formed at positions closer to the coordinate origin.
ここで、図４（ｂ）から図４（ｄ）に示すフーリエ変換画像において、座標原点に対するラフト組織のスポット像の開き度合いは、図４（ｂ）から図４（ｄ）の順に大きくなる。ラフト組織のスポット像の開き度合いは、図３（ｂ）から図３（ｄ）の金属組織画像において、主にラフト組織であるγ´相とγ相との波打ち度合いに関連している。すなわち、γ´相とγ相との波打ち度合いが大きくなるにしたがって、座標原点に対するラフト組織のスポット像の開き度合いは大きくなる。 Here, in the Fourier transform images shown in FIGS. 4B to 4D, the degree of opening of the spot image of the raft tissue with respect to the coordinate origin increases in the order from FIG. 4B to FIG. 4D. The degree of opening of the spot image of the raft structure is mainly related to the undulation degree of the γ ′ phase and the γ phase, which are raft structures, in the metal structure images of FIGS. That is, as the undulation degree between the γ ′ phase and the γ phase increases, the degree of opening of the spot image of the raft texture with respect to the coordinate origin increases.
また、座標原点に対するラフト組織のスポット像の位置は、図４（ｂ）から図４（ｄ）の順に座標原点に近くなる。ラフト組織のスポット像の位置は、図３（ｂ）から図３（ｄ）の金属組織画像において、主にγ´相の幅（Ｙ軸方向の幅）と関連している。すなわち、γ´相が粗大化してγ´相の幅（Ｙ軸方向の幅）が大きくなるにしたがって、ラフト組織のスポット像は、フーリエ変換画像のＴ軸方向において、座標原点から遠い高周波領域から座標原点に近い低周波数領域に向けて形成される。 Further, the position of the spot image of the raft tissue with respect to the coordinate origin becomes closer to the coordinate origin in the order of FIG. 4B to FIG. 4D. The position of the spot image of the raft structure is mainly related to the width of the γ ′ phase (the width in the Y-axis direction) in the metal structure images of FIGS. 3B to 3D. That is, as the γ ′ phase becomes coarser and the width of the γ ′ phase (width in the Y-axis direction) becomes larger, the spot image of the raft structure is from a high-frequency region far from the coordinate origin in the T-axis direction of the Fourier transform image. It is formed toward a low frequency region close to the coordinate origin.
このように、フーリエ変換画像に形成されたラフト組織のスポット像は、ラフト組織の変化に伴って変化する。したがって、座標原点に対するラフト組織のスポット像の開き度合いや座標原点に対するスポット像の位置から、ラフト組織の変化パターンを求めることができるので、スポット像の開き度合いやスポット像の位置からＮｉ基単結晶超合金のクリープ寿命の評価を行うことができる。 Thus, the spot image of the raft structure formed in the Fourier transform image changes as the raft structure changes. Therefore, since the change pattern of the raft structure can be obtained from the degree of opening of the spot image of the raft structure with respect to the coordinate origin and the position of the spot image with respect to the coordinate origin, the Ni-based single crystal can be obtained from the degree of opening of the spot image and the position of the spot image. The creep life of superalloys can be evaluated.
計算処理工程（Ｓ１６）は、フーリエ変換画像に基づいて計算処理し、座標原点に対するスポット像の開き度合いや座標原点に対するスポット像の位置を定量化する工程である。座標原点に対するスポット像の開き度合いや座標原点に対するスポット像の位置を定量化することにより、ラフト組織の変化パターンを精度よく求めることができる。 The calculation processing step (S16) is a step of performing calculation processing based on the Fourier transform image and quantifying the degree of opening of the spot image with respect to the coordinate origin and the position of the spot image with respect to the coordinate origin. By quantifying the degree of opening of the spot image with respect to the coordinate origin and the position of the spot image with respect to the coordinate origin, the change pattern of the raft structure can be obtained with high accuracy.
図５は、座標原点に対するスポット像の開き度合いや座標原点に対するスポット像の位置を定量化する計算処理方法を示す図である。まず、フーリエ変換画像の座標原点に対するスポット像の開き度合いを定量化する計算処理方法について説明する。 FIG. 5 is a diagram showing a calculation processing method for quantifying the degree of opening of the spot image with respect to the coordinate origin and the position of the spot image with respect to the coordinate origin. First, a calculation processing method for quantifying the degree of opening of the spot image with respect to the coordinate origin of the Fourier transform image will be described.
図５（ａ）に示すようにフーリエ変換画像において、点対称のスポット像から１つを選択する。そして、図５（ｂ）に示すように、選択されたスポット像内の最大強度を示す最大強度位置を求め、座標原点から最大強度位置までの距離（Ｒmax）を算出する。次に、図５（ｃ）に示すように、フーリエ変換画像を極座標変換し、極座標の原点から上記で求めた距離（Ｒmax）を動径としたときの偏角に対応する強度分布を求める。そして、求めた強度分布にガウス関数をフィッティングしたフィッティング曲線における最大ピークの半値幅を求める。座標原点に対するスポット像の開き度合いが大きくなると上記により算出された半値幅は大きい値となるため、上記のように半値幅を求めることにより座標原点に対するスポット像の開き度合いを定量化することができる。なお、図５（ｃ）では、半値幅として半値半幅（ＨＷＨＭ）を用いているが、半値全幅（ＦＷＨＭ）を用いてもよい。 As shown in FIG. 5A, in the Fourier transform image, one is selected from point-symmetric spot images. Then, as shown in FIG. 5B, the maximum intensity position indicating the maximum intensity in the selected spot image is obtained, and the distance (Rmax) from the coordinate origin to the maximum intensity position is calculated. Next, as shown in FIG. 5C, the Fourier transform image is subjected to polar coordinate transformation, and an intensity distribution corresponding to the declination when the distance (Rmax) obtained above from the origin of the polar coordinates is used as a moving radius is obtained. Then, the half-value width of the maximum peak in the fitting curve obtained by fitting a Gaussian function to the obtained intensity distribution is obtained. When the degree of opening of the spot image with respect to the coordinate origin increases, the half width calculated as described above becomes a large value. Therefore, the degree of opening of the spot image with respect to the coordinate origin can be quantified by obtaining the half width as described above. . In FIG. 5C, the half width (FWHM) is used as the half width, but the full width at half maximum (FWHM) may be used.
次に、フーリエ変換画像に基づいて計算処理し、座標原点に対するスポット像の位置を定量化する方法について説明する。座標原点に対するスポット像の位置を定量化する場合には、上述した図５（ａ）と図５（ｂ）と同様の方法により、フーリエ変換画像において、点対称に形成されたスポット像から１つを選択し、選択されたスポット像内の最大強度を示す最大強度位置を求め、直交座標原点から最大強度位置までの距離（Ｒmax）を算出してスポット像の位置とすればよい。なお、距離（Ｒmax）は、クリープの進行とともに短くなるため、クリープ寿命消費率と関係づける場合には、距離（Ｒmax）の逆数（1/Ｒmax）を用いることが好ましい。 Next, a method of performing calculation processing based on the Fourier transform image and quantifying the position of the spot image with respect to the coordinate origin will be described. When quantifying the position of the spot image with respect to the coordinate origin, one of the spot images formed symmetrically in the Fourier transform image is obtained by the same method as in FIGS. 5 (a) and 5 (b). Is selected, the maximum intensity position indicating the maximum intensity in the selected spot image is obtained, and the distance (Rmax) from the orthogonal coordinate origin to the maximum intensity position is calculated as the spot image position. Since the distance (Rmax) becomes shorter as creep progresses, it is preferable to use the reciprocal (1 / Rmax) of the distance (Rmax) when related to the creep life consumption rate.
クリープ寿命評価工程（Ｓ１８）は、直交座標の原点に対して点対称に形成されたラフト組織のスポット像と、予め求めておいた前記被測定物と同一組成で既知のクリープ変形を受けた材料のラフト組織のスポット像と、を比較して、被測定物のクリープ寿命を評価する工程である。 In the creep life evaluation step (S18), a spot image of a raft structure formed symmetrically with respect to the origin of orthogonal coordinates, and a material which has been subjected to a known creep deformation with the same composition as the object to be measured previously obtained. This is a step of comparing the spot image of the raft structure and evaluating the creep life of the object to be measured.
直交座標の原点に対して点対称に形成されたラフト組織のスポット像と、予め求めておいた前記被測定物と同一組成で既知のクリープ変形を受けた材料のラフト組織のスポット像と、を比較することにより、被測定物のクリープ寿命消費率を求めてクリープ寿命を評価することができる。ラフト組織のスポット像を比較する場合には、座標原点に対してラフト組織のスポット像の開き度合いを比較することが好ましく、ラフト組織のスポット像から算出された半値幅で比較することがより好ましい。 A spot image of a raft structure formed symmetrically with respect to the origin of orthogonal coordinates, and a spot image of a raft structure of a material subjected to known creep deformation with the same composition as the object to be measured previously obtained. By comparing, the creep life consumption rate of the object to be measured can be obtained and the creep life can be evaluated. When comparing the spot images of the raft structure, it is preferable to compare the degree of opening of the raft structure spot image with respect to the coordinate origin, and it is more preferable to compare with the half width calculated from the raft structure spot image. .
記憶手段２２には、予めクリープ試験等を行って、予め求めておいた被測定物と同一組成の既知のクリープ変形を受けた材料のクリープ歪とクリープ寿命消費率との関係を示すデータ、ラフト組織のスポット像とクリープ寿命消費率との関係を示すデータ、座標原点に対するラフト組織のスポット像の開き度合いとクリープ寿命消費率との関係を示すデータ、半値幅とクリープ寿命消費率との関係を示すデータ、座標原点から最大強度位置までの距離の逆数（１/Ｒmax）とクリープ寿命消費率との関係を示すデータ等がＮｉ単結晶合金の種類、環境条件（温度、応力等）に関連付けて蓄積されている。 The storage means 22 stores data indicating the relationship between the creep strain and the creep life consumption rate of a material subjected to a known creep deformation having the same composition as that of the object to be measured, which has been obtained in advance, by performing a creep test or the like. Data showing the relationship between the spot image of the tissue and the creep life consumption rate, data showing the relationship between the opening degree of the spot image of the raft structure relative to the coordinate origin and the creep life consumption rate, and the relationship between the half width and the creep life consumption rate The data shown, the data showing the relationship between the reciprocal of the distance from the coordinate origin to the maximum strength position (1 / Rmax) and the creep life consumption rate, etc. are related to the type of Ni single crystal alloy and environmental conditions (temperature, stress, etc.) Accumulated.
例えば、計算処理部１８で求めた半値幅からクリープ寿命を評価する場合には、クリープ寿命評価部２０は、記憶手段２２から呼び出された予め求めておいた被測定物と同一組成の半値幅とクリープ寿命消費率との関係を示すデータと、計算処理部１８で求めた半値幅と比較して被測定物のクリープ寿命消費率を求めることができる。 For example, when the creep life is evaluated from the half-value width obtained by the calculation processing unit 18, the creep life evaluation unit 20 has a half-value width having the same composition as that of the measured object that is obtained in advance from the storage unit 22. The creep life consumption rate of the object to be measured can be obtained by comparing the data indicating the relationship with the creep life consumption rate and the half width obtained by the calculation processing unit 18.
また、計算処理部１８で求めた座標原点から最大強度位置までの距離の逆数（１/Ｒmax）からクリープ寿命を評価する場合には、クリープ寿命評価部２０は、記憶手段２２から呼び出された予め求めておいた被測定物と同一組成の座標原点から最大強度位置までの距離の逆数（１/Ｒmax）とクリープ寿命消費率との関係を示すデータと、計算処理部１８で求めた直交座標原点から最大強度位置までの距離の逆数（１/Ｒmax）と比較してクリープ寿命消費率を求めることができる。 When the creep life is evaluated from the reciprocal (1 / Rmax) of the distance from the coordinate origin to the maximum intensity position obtained by the calculation processing unit 18, the creep life evaluation unit 20 is called in advance from the storage unit 22. Data indicating the relationship between the reciprocal (1 / Rmax) of the distance from the coordinate origin of the same composition as the measured object to the maximum strength position and the creep life consumption rate, and the orthogonal coordinate origin obtained by the calculation processing unit 18 The creep life consumption rate can be obtained by comparing with the reciprocal (1 / Rmax) of the distance from to the maximum intensity position.
出力工程（Ｓ２０）は、被測定物のクリープ寿命消費率等のデータを出力する工程である。ディスプレーやプリンタ等の出力手段２４により、クリープ寿命評価部２０で求めた被測定物のクリープ寿命消費率、計算処理部１８で求めた半値幅、座標原点から最大強度位置までの距離の逆数（１/Ｒmax）等のデータが出力される。 The output step (S20) is a step of outputting data such as the creep life consumption rate of the object to be measured. Using the output means 24 such as a display or a printer, the creep life consumption rate of the object to be measured obtained by the creep life evaluation unit 20, the half width obtained by the calculation processing unit 18, the reciprocal of the distance from the coordinate origin to the maximum intensity position (1 / Rmax) is output.
なお、上述した計算処理方法では、スポット像の開き度合いを最大ピーク強度に対して半分の強度に対応するピーク幅である半値幅としたが、最大ピーク強度の１/２の強度に限定されることなく、最大ピーク強度に対して所定の強度を基準強度として、基準強度に対応するピーク幅をスポット像の開き度合としてもよい。また、上述した計算処理方法では、座標原点からスポット像までの距離を算出する際に、スポット像の位置をスポット像内の最大強度位置として算出したが、最大強度位置に限定されることなく、スポット像内の所定の強度を示す位置を基準位置として座標原点から基準位置までの距離を算出してもよい。 In the above-described calculation processing method, the degree of opening of the spot image is set to a half width that is a peak width corresponding to a half intensity with respect to the maximum peak intensity, but is limited to a half of the maximum peak intensity. Instead, the predetermined intensity with respect to the maximum peak intensity may be set as the reference intensity, and the peak width corresponding to the reference intensity may be set as the opening degree of the spot image. Further, in the calculation processing method described above, when calculating the distance from the coordinate origin to the spot image, the position of the spot image is calculated as the maximum intensity position in the spot image, but without being limited to the maximum intensity position, The distance from the coordinate origin to the reference position may be calculated using the position indicating the predetermined intensity in the spot image as the reference position.
以上、上記構成によれば、Ｎｉ基単結晶超合金で形成され、クリープ変形した被測定物から試料を採取して電子顕微鏡観察し、ラフト組織を含む金属組織画像を形成し、金属組織画像を２次元フーリエ変換し、水平方向と垂直方向とが空間周波数からなる直交座標で表されたフーリエ変換画像を形成し、直交座標の原点に対して点対称に形成されたラフト組織のスポット像と、予め求めておいた被測定物と同一組成で既知のクリープ変形を受けた材料のラフト組織のスポット像と、を比較して、被測定物のクリープ寿命を評価することにより、広範囲のラフト組織の変化からクリープ寿命を評価することができるので、Ｎｉ基単結晶超合金のクリープ寿命を高精度で迅速に評価することができる。 As described above, according to the above configuration, a sample is taken from an object to be measured that is formed of a Ni-based single crystal superalloy and creep-deformed, and is observed with an electron microscope to form a metal structure image including a raft structure. A two-dimensional Fourier transform, forming a Fourier transform image in which the horizontal and vertical directions are represented by orthogonal coordinates consisting of spatial frequencies, a spot image of a raft tissue formed point-symmetrically with respect to the origin of the orthogonal coordinates; Compared with the spot image of the raft structure of the material that has the same composition as the object to be measured in advance and has undergone known creep deformation, the creep life of the object to be measured is evaluated. Since the creep life can be evaluated from the change, the creep life of the Ni-based single crystal superalloy can be quickly evaluated with high accuracy.
上記構成によれば、直交座標の原点に対するラフト組織のスポット像の開き度合いを求め、予め求めておいた被測定物と同一組成で既知のクリープ変形を受けた材料におけるラフト組織のスポット像の開き度合いとを比較することで、より高精度で迅速な評価が可能である。 According to the above configuration, the degree of opening of the spot image of the raft structure relative to the origin of the Cartesian coordinates is obtained, and the opening of the spot image of the raft structure in the material subjected to the known creep deformation with the same composition as the object to be measured previously obtained. By comparing the degree, it is possible to make a more accurate and quick evaluation.
上記構成によれば、開き度合いは、フーリエ変換画像においてラフト組織のスポット像内の最大強度を示す最大強度位置を求め、直交座標の原点から最大強度位置までの距離を算出し、フーリエ変換画像を極座標に変換し、極座標の原点から距離の長さを動径として偏角に対する強度分布を求め、強度分布にガウス関数をフィッティングした曲線における最大ピークの半値幅で求められ、予め求めておいた被測定物と同一組成で既知のクリープ変形を受けた材料の最大ピークの半値幅と比較してクリープ寿命を評価することにより、例えば、コンピュータを上述した各手段として機能させるプログラム用いてクリープ寿命を評価することができるので、更に高精度で迅速に評価することができる。 According to the above configuration, the degree of opening is obtained by obtaining the maximum intensity position indicating the maximum intensity in the spot image of the raft tissue in the Fourier transform image, calculating the distance from the origin of the orthogonal coordinates to the maximum intensity position, and converting the Fourier transform image to Convert to polar coordinates, find the intensity distribution against the declination using the distance from the origin of the polar coordinates as the radius, find the half-width of the maximum peak in the curve obtained by fitting a Gaussian function to the intensity distribution, Evaluate the creep life using, for example, a program that causes a computer to function as each of the above-mentioned means by evaluating the creep life by comparing the half-width of the maximum peak of a material that has the same composition as the measured material and has undergone known creep deformation. Therefore, it is possible to make a quick evaluation with higher accuracy.
Ｎｉ基単結晶超合金のクリープ試験を行って、上述したクリープ寿命評価方法について検討した。 A creep test of the Ni-based single crystal superalloy was conducted to examine the creep life evaluation method described above.
クリープ試験用の供試体には、ＴＭＳ−１３８材を使用した。ＴＭＳ−１３８材は、５．８ｗｔ％のＣｏと、３．２ｗｔ％のＣｒと、２．８ｗｔ％のＭｏと、５．９ｗｔ％のＷと、５．９ｗｔ％のＡｌと、５．６ｗｔ％のＴａと、０．１ｗｔ％のＨｆと、５ｗｔ％のＲｅと、２ｗｔ％のＲｕとを含むγ´相析出強化型のＮｉ基単結晶超合金である。ＴＭＳ−１３８材の熱処理条件は、ＴＭＳ−１３８材で一般的に行われている溶体化処理条件１３４０℃×５ｈ、時効処理条件１１００℃×４ｈ＋８７０℃×２０ｈとした。 TMS-138 material was used for the specimen for the creep test. TMS-138 material is 5.8 wt% Co, 3.2 wt% Cr, 2.8 wt% Mo, 5.9 wt% W, 5.9 wt% Al, 5.6 wt% Γ ′ phase precipitation strengthened Ni-based single crystal superalloy containing 0.1 wt% of H, 0.1 wt% of Hf, 5 wt% of Re, and 2 wt% of Ru. The heat treatment conditions of the TMS-138 material were the solution treatment conditions 1340 ° C. × 5 h and the aging treatment conditions 1100 ° C. × 4 h + 870 ° C. × 20 h, which are generally performed with the TMS-138 material.
クリープ試験は、ＡＳＴＭ Ｅ１３９のクリープ試験方法に準拠して実施した。クリープ試験条件は、試験温度１１００℃、引張応力１３７ＭＰａとした。まず、クリープ試験を行ってクリープ破断時間を求めた後、求めたクリープ破断時間に対するクリープ寿命消費率０．００５、０．０２７、０．１０９、０．２７３、０．５４６、０．９４２に対応する各クリープ時間でクリープ試験を中断して評価用供試体とした。 The creep test was conducted according to the creep test method of ASTM E139. The creep test conditions were a test temperature of 1100 ° C. and a tensile stress of 137 MPa. First, after performing a creep test to determine the creep rupture time, it corresponds to the creep life consumption rate 0.005, 0.027, 0.109, 0.273, 0.546, 0.942 with respect to the obtained creep rupture time. The creep test was interrupted at each creep time to obtain a test specimen for evaluation.
そして、各評価用供試体から試料を切り出し、アルミナバフ研摩（粒径０．３μｍ）でバフ研摩した後、コロイダルシリカ研磨（丸本ストルアス社 コロイダルシリカＯＰ−Ｓ液を使用）で仕上げ研磨を行った後、カリング液（４０ｍｌＨＣｌ−６０ｍｌエタノール−２ｇ第２塩化銅）によりエッチィングを施して試料を準備した。なお、クリープ寿命消費率０から０．５４６までの評価用供試体では、供試体の略中央部から試料を採取し、クリープ寿命消費率０．９４２の評価用供試体では、クリープ変形した供試体のネック部から試料を採取し、クリープ寿命消費率１の評価用供試体では、供試体のクリープ破断箇所の近傍から試料を採取した。 A sample was cut out from each evaluation specimen, buffed with alumina buff polishing (particle size: 0.3 μm), and then finished with colloidal silica polishing (using Marumoto Struers' colloidal silica OP-S solution). Thereafter, etching was performed with a culling solution (40 ml HCl-60 ml ethanol-2 g cupric chloride) to prepare a sample. For evaluation specimens with a creep life consumption rate of 0 to 0.546, a sample was taken from the approximate center of the specimen, and for an evaluation specimen with a creep life consumption ratio of 0.942, the specimen was creep deformed. A sample was collected from the neck portion of the specimen, and in the specimen for evaluation having a creep life consumption rate of 1, a specimen was collected from the vicinity of the creep rupture portion of the specimen.
次に、作製した各試料について走査型電子顕微鏡により１０００倍で金属組織観察を行って、金属組織画像（ＳＥＭ像）を形成した。金属組織の観察は、{１１０}結晶面で行った。金属組織画像は、白から黒の諧調画像（グレースケール）とし、縦横を１０００画素×１０００画素のデジタル画像で形成した。そして、金属組織画像について２次元高速フーリエ変換処理し、水平方向と垂直方向とが空間周波数からなる直交座標で表され、座標原点が直流成分となるフーリエ変換画像を形成した。フーリエ変換画像は、縦横を１０２４画素×１０２４画素のグレースケールで形成した。 Next, a metal structure image (SEM image) was formed by observing the metal structure of each prepared sample with a scanning electron microscope at a magnification of 1000 times. The metal structure was observed on the {110} crystal plane. The metal structure image was a gray-scale image (gray scale) from white to black, and was formed as a digital image of 1000 pixels × 1000 pixels vertically and horizontally. Then, a two-dimensional fast Fourier transform process was performed on the metal structure image to form a Fourier transform image in which the horizontal direction and the vertical direction are represented by orthogonal coordinates composed of spatial frequencies, and the coordinate origin is a direct current component. The Fourier transform image was formed in a gray scale of 1024 pixels × 1024 pixels in the vertical and horizontal directions.
図６Ａは、クリープ寿命消費率０（未クリープ材）の金属組織画像とフーリエ変換画像を示す図であり、図６Ｂは、クリープ寿命消費率０．００５の金属組織画像とフーリエ変換画像を示す図であり、図６Ｃは、クリープ寿命消費率０．０２７の金属組織画像とフーリエ変換画像を示す図であり、図６Ｄは、クリープ寿命消費率０．１０９の金属組織画像とフーリエ変換画像を示す図であり、図６Ｅは、クリープ寿命消費率０．２７３の金属組織画像とフーリエ変換画像を示す図であり、図６Ｆは、クリープ寿命消費率０．５４６の金属組織画像とフーリエ変換画像を示す図であり、図６Ｇは、クリープ寿命消費率０．９４２の金属組織画像とフーリエ変換画像を示す図であり、図６Ｈは、クリープ寿命消費率１（破断時）の金属組織画像とフーリエ変換画像を示す図である。 6A is a diagram showing a metal structure image and a Fourier transform image with a creep life consumption rate of 0 (non-creep material), and FIG. 6B is a diagram showing a metal structure image and a Fourier transform image with a creep life consumption rate of 0.005. 6C is a diagram showing a metal structure image and a Fourier transform image with a creep life consumption rate of 0.027, and FIG. 6D is a diagram showing a metal structure image and a Fourier transform image with a creep life consumption rate of 0.109. 6E is a diagram showing a metal structure image and a Fourier transform image with a creep life consumption rate of 0.273, and FIG. 6F is a diagram showing a metal structure image and a Fourier transform image with a creep life consumption rate of 0.546. 6G is a diagram showing a metallographic image and a Fourier transform image with a creep life consumption rate of 0.942, and FIG. 6H shows a metallographic image with a creep life consumption rate of 1 (at break) and Is a diagram showing an Rie converted image.
図６Ａから図６Ｈの各図において、金属組織画像のＹ軸方向は、引張応力軸方向を示している。図６Ａ（ａ）の金属組織画像を拡大したものが上述した図３（ａ）に示す金属組織の模式図に対応し、図６Ｄ（ａ）の金属組織画像を拡大したものが上述した図３（ｂ）に示す金属組織の模式図に対応し、図６Ｆ（ａ）の金属組織画像を拡大したものが上述した図３（ｃ）に示す金属組織の模式図に対応し、図６Ｇ（ａ）の金属組織画像を拡大したものが、上述した図３（ｄ）に示す金属組織の模式図に対応している。また、各金属組織画像において、γ相は、グレースケールの白色側で表わされ、γ´相は、グレースケールの黒色側で表わされている。 In each of FIGS. 6A to 6H, the Y-axis direction of the metal structure image indicates the tensile stress axis direction. An enlarged view of the metal structure image of FIG. 6A corresponds to the schematic diagram of the metal structure shown in FIG. 3A, and an enlarged view of the metal structure image of FIG. Corresponding to the schematic diagram of the metal structure shown in (b), an enlarged view of the metal structure image of FIG. 6F (a) corresponds to the schematic diagram of the metal structure shown in FIG. ) In which the metal structure image is enlarged corresponds to the schematic diagram of the metal structure shown in FIG. In each metallographic image, the γ phase is represented on the white side of the gray scale, and the γ ′ phase is represented on the black side of the gray scale.
図６Ａから図６Ｈの各図において、フーリエ変換画像のＳ軸方向は、各金属組織画像のＸ軸方向における空間周波数を示し、フーリエ変換画像のＴ軸方向は、各金属組織画像のＹ軸方向における空間周波数を示している。なお、直交座標の原点（０，０）は、直流成分を示している。また、フーリエ変換画像において、強度がグレースケールで表示されており、強度が大きいほど白色側で表示され、強度が小さいほど黒色側で表示されている。 6A to 6H, the S-axis direction of the Fourier transform image indicates the spatial frequency in the X-axis direction of each metal structure image, and the T-axis direction of the Fourier transform image is the Y-axis direction of each metal structure image. The spatial frequency at is shown. Note that the origin (0, 0) of the orthogonal coordinates indicates a DC component. Further, in the Fourier transform image, the intensity is displayed in gray scale, and the higher the intensity, the more white is displayed, and the lower the intensity is, the black side is displayed.
次に、図６Ａから図６Ｈに示す各フーリエ変換画像において、直交座標の原点に対して点対称に形成されたスポット像（白色で表示された部分）において、いずれか一方の選択されたスポット像内の最大強度を示す最大強度位置を求め、直交座標の原点から最大強度位置までの距離を算出し、フーリエ変換画像を極座標に変換し、極座標の原点から前記距離の長さを動径として偏角に対する強度分布を求め、強度分布にガウス関数をフィッティングした曲線における最大ピークの半値幅を求めた。なお、半値幅は、半値半幅（ＨＷＨＭ）とした。以下に各評価用供試体の半値幅を示す。 Next, in each of the Fourier transform images shown in FIG. 6A to FIG. 6H, one of the selected spot images in the spot image (portion displayed in white) formed point-symmetrically with respect to the origin of the orthogonal coordinates. The maximum intensity position indicating the maximum intensity is obtained, the distance from the origin of the orthogonal coordinates to the maximum intensity position is calculated, the Fourier transform image is converted to polar coordinates, and the length of the distance from the origin of the polar coordinates is used as the radius vector. The intensity distribution with respect to the corner was obtained, and the half-width of the maximum peak in the curve obtained by fitting a Gaussian function to the intensity distribution was obtained. In addition, the half value width was set to the half value half width (HWHM). The half width of each test specimen for evaluation is shown below.
（各評価用供試体の半値幅）
クリープ寿命消費率０（未クリープ材）の半値幅 １５．９度
クリープ寿命消費率０．００５の半値幅 １１．２２度
クリープ寿命消費率０．０２７の半値幅 １３．０４度
クリープ寿命消費率０．１０９の半値幅 １９．９６度
クリープ寿命消費率０．２７３の半値幅 ２５．０４度
クリープ寿命消費率０．５４６の半値幅 ２９．３２度
クリープ寿命消費率０．９４２の半値幅 ４１．０４度
クリープ寿命消費率１（クリープ破断材）の半値幅 ６１．８２度
(Half width of each test specimen for evaluation)
Creep life consumption rate 0 (non-creep material) half width 15.9 degrees Creep life consumption rate 0.005 half width 11.22 degrees Creep life consumption rate 0.027 half width 13.04 degrees Creep life consumption rate 0 .109 half width 19.96 degrees Creep life consumption rate 0.273 half width 25.04 degrees Creep life consumption rate 0.546 half width 29.32 degrees Creep life consumption rate 0.942 half width 41.04 Degree Creep life consumption rate 1 (creep rupture material) half width 61.82 degrees
図７は、クリープ寿命消費率に対する半値幅とクリープ歪との関係を示すグラフである。図７では、横軸にクリープ寿命消費率を取り、左縦軸に半値幅（度）を取り、右縦軸にクリープ歪（％）を取り、半値幅とクリープ寿命消費率との関係を実線で示し、クリープ歪とクリープ寿命消費率との関係を破線で示した。以下に各供試体のクリープ歪を示す。 FIG. 7 is a graph showing the relationship between the half-value width and creep strain with respect to the creep life consumption rate. In FIG. 7, the horizontal axis represents the creep life consumption rate, the left vertical axis represents the half width (degrees), the right vertical axis represents the creep strain (%), and the solid line represents the relationship between the half width and the creep life consumption rate. The relationship between the creep strain and the creep life consumption rate is indicated by a broken line. The creep strain of each specimen is shown below.
（各供試体のクリープ歪）
クリープ寿命消費率０（未クリープ材）のクリープ歪 ０％
クリープ寿命消費率０．００５のクリープ歪 ０．０５％
クリープ寿命消費率０．０２７のクリープ歪 ０．０８％
クリープ寿命消費率０．１０９のクリープ歪 ０．４６％
クリープ寿命消費率０．２７３のクリープ歪 ０．７４％
クリープ寿命消費率０．５４６のクリープ歪 ０．９０％
クリープ寿命消費率０．９４２のクリープ歪 ３．８％
クリープ寿命消費率１（クリープ破断材）のクリープ歪 １０．６％
(Creep strain of each specimen)
Creep strain of creep life consumption rate 0 (non-creep material) 0%
Creep strain with a creep life consumption rate of 0.005 0.05%
Creep strain of creep life consumption rate 0.027 0.08%
Creep strain of creep life consumption rate 0.109 0.46%
Creep strain of creep life consumption rate 0.273 0.74%
Creep strain with creep life consumption of 0.546 0.90%
Creep strain with creep life consumption rate of 0.942 3.8%
Creep strain of creep life consumption rate 1 (creep rupture material) 10.6%
図７のグラフから明らかなように、半値幅とクリープ寿命消費率との関係を示すクリープ曲線と、クリープ歪とクリープ寿命消費率との関係を示すクリープ曲線とは、いずれもクリープ寿命消費率が増加すると半値幅とクリープ歪が大きくなる傾向にあり、これらのクリープ曲線は相関性を有していることが明らかになった。また、クリープ寿命消費率０．００５以上１以下の範囲では、クリープ寿命消費率が増加すると半値幅とクリープ歪が大きくなるので、半値幅からクリープ歪を精度よく推定することができる。更に、クリープ寿命消費率０．１０９以上０．９４２以下の範囲では、半値幅とクリープ寿命消費率との関係を示すクリープ曲線と、クリープ歪とクリープ寿命消費率との関係を示すクリープ曲線との直線性が向上することにより、より精度よく半値幅からクリープ歪を推定することができる。なお、図７に示す半値幅とクリープ寿命消費率との関係を示すクリープ曲線データと、クリープ歪とクリープ寿命消費率との関係を示すクリープ曲線データとは、マスター曲線としてＴＭＳ−１３８材、試験温度、引張クリープ応力等に関連付けして記憶手段２２に蓄積される。 As is apparent from the graph of FIG. 7, the creep curve indicating the relationship between the half width and the creep life consumption rate and the creep curve indicating the relationship between the creep strain and the creep life consumption rate are both the creep life consumption rate. Increasing the value tends to increase the full width at half maximum and creep strain, and it has been clarified that these creep curves have a correlation. Further, in the range of the creep life consumption rate of 0.005 or more and 1 or less, when the creep life consumption rate increases, the full width at half maximum and the creep strain increase. Therefore, the creep strain can be accurately estimated from the full width at half maximum. Further, in the range of the creep life consumption rate from 0.109 to 0.942, a creep curve indicating the relationship between the half width and the creep life consumption rate and a creep curve indicating the relationship between the creep strain and the creep life consumption rate are shown. By improving the linearity, the creep strain can be estimated from the half-value width with higher accuracy. In addition, the creep curve data which shows the relationship between the half width shown in FIG. 7 and the creep life consumption rate, and the creep curve data which shows the relationship between the creep strain and the creep life consumption rate are TMS-138 material as a master curve, test It is stored in the storage means 22 in association with temperature, tensile creep stress and the like.
次に、各評価用供試体におけるフーリエ変換画像を用いて座標原点から最大強度位置までの距離と、その逆数とを算出した。以下に、各評価用供試体における座標原点から最大強度位置までの距離（Ｒmax）と、その逆数(１/Ｒmax)とを示す。 Next, the distance from the coordinate origin to the maximum intensity position and its reciprocal were calculated using the Fourier transform image in each test specimen for evaluation. Below, the distance (Rmax) from the coordinate origin to the maximum intensity position in each test specimen for evaluation and its reciprocal (1 / Rmax) are shown.
（各評価用供試体のＲmax）
クリープ寿命消費率０（未クリープ材）のＲmax ７２．８（ｐｉｘｅｌ）
クリープ寿命消費率０．００５のＲmax ８２．６（ｐｉｘｅｌ）
クリープ寿命消費率０．０２７のＲmax ５９．２（ｐｉｘｅｌ）
クリープ寿命消費率０．１０９のＲmax ５４．０（ｐｉｘｅｌ）
クリープ寿命消費率０．２７３のＲmax ４１．０（ｐｉｘｅｌ）
クリープ寿命消費率０．５４６のＲmax ３６．４（ｐｉｘｅｌ）
クリープ寿命消費率０．９４２のＲmax ２８．０（ｐｉｘｅｌ）
クリープ寿命消費率１（クリープ破断材）のＲmax １３．６（ｐｉｘｅｌ）
(Rmax of each specimen for evaluation)
Rmax 72.8 (pixel) with a creep life consumption rate of 0 (non-creep material)
Rmax 82.6 (pixel) with a creep life consumption rate of 0.005
Rmax 59.2 (pixel) with a creep life consumption of 0.027
Rmax 54.0 (pixel) with a creep life consumption rate of 0.109
Rmax 41.0 (pixel) with a creep life consumption rate of 0.273
Rmax 36.4 (pixel) with a creep life consumption of 0.546
Rmax 28.0 (pixel) with a creep life consumption rate of 0.942
Creep life consumption rate 1 (creep rupture material) Rmax 13.6 (pixel)
（各評価用供試体の１/Ｒmax）
クリープ寿命消費率０（未クリープ材）の１/Ｒmax ０．０１３７（１／ｐｉｘｅｌ）
クリープ寿命消費率０．００５の１/Ｒmax ０．０１２１（１／ｐｉｘｅｌ）
クリープ寿命消費率０．０２７の１/Ｒmax ０．０１６９（１／ｐｉｘｅｌ）
クリープ寿命消費率０．１０９の１/Ｒmax ０．０１８５（１／ｐｉｘｅｌ）
クリープ寿命消費率０．２７３の１/Ｒmax ０．０２４４（１／ｐｉｘｅｌ）
クリープ寿命消費率０．５４６の１/Ｒmax ０．０２７５（１／ｐｉｘｅｌ）
クリープ寿命消費率０．９４２の１/Ｒmax ０．０３５７（１／ｐｉｘｅｌ）
クリープ寿命消費率１（クリープ破断材）の１/Ｒmax ０．０７３５（１／ｐｉｘｅｌ）
(1 / Rmax of each evaluation specimen)
1 / Rmax 0.0137 (1 / pixel) with a creep life consumption rate of 0 (non-creep material)
1 / Rmax 0.0121 (1 / pixel) with a creep life consumption of 0.005
1 / Rmax 0.0169 (1 / pixel) with a creep life consumption rate of 0.027
1 / Rmax 0.0185 (1 / pixel) with a creep life consumption rate of 0.109
1 / Rmax with a creep life consumption rate of 0.273 0.0244 (1 / pixel)
Creep life consumption rate 0.546 1 / Rmax 0.0275 (1 / pixel)
1 / Rmax 0.0357 (1 / pixel) with a creep life consumption rate of 0.942
Creep life consumption rate 1 (creep rupture material) 1 / Rmax 0.0735 (1 / pixel)
図８は、クリープ寿命消費率に対する１/Ｒmaxとクリープ歪との関係を示すグラフである。図８では、横軸にクリープ寿命消費率を取り、左縦軸に１/Ｒmax（１／ｐｉｘｅｌ）を取り、右縦軸にクリープ歪（％）を取り、１/Ｒmaxとクリープ寿命消費率との関係を実線で示し、クリープ歪とクリープ寿命消費率との関係を破線で示した。 FIG. 8 is a graph showing the relationship between 1 / Rmax and creep strain with respect to the creep life consumption rate. In FIG. 8, the horizontal axis represents the creep life consumption rate, the left vertical axis represents 1 / Rmax (1 / pixel), the right vertical axis represents creep strain (%), and 1 / Rmax represents the creep life consumption rate. The relationship between the creep strain and the creep life consumption rate is indicated by a broken line.
図８のグラフから明らかなように、１/Ｒmaxとクリープ寿命消費率との関係を示すクリープ曲線と、クリープ歪とクリープ寿命消費率との関係を示すクリープ曲線とは、いずれもクリープ寿命消費率が増加すると１/Ｒmaxとクリープ歪が大きくなる傾向にあり、これらのクリープ曲線は相関性を有していることが明らかになった。また、クリープ寿命消費率０．００５以上１以下の範囲では、クリープ寿命消費率が増加すると１/Ｒmaxとクリープ歪が大きくなるので、１/Ｒmaxからクリープ歪を精度よく推定することができる。更に、クリープ寿命消費率０．１０９以上０．９４２以下の範囲では、１/Ｒmaxとクリープ寿命消費率との関係を示すクリープ曲線と、クリープ歪とクリープ寿命消費率との関係を示すクリープ曲線との直線性により、より精度よく１/Ｒmaxからクリープ歪を推定することができる。なお、図８に示す１/Ｒmaxとクリープ寿命消費率との関係を示すクリープ曲線データと、クリープ歪とクリープ寿命消費率との関係を示すクリープ曲線データとは、マスター曲線としてＴＭＳ−１３８材、試験温度、引張クリープ応力等に関連付けして記憶手段２２に蓄積される。 As is apparent from the graph of FIG. 8, the creep curve indicating the relationship between 1 / Rmax and the creep life consumption rate and the creep curve indicating the relationship between the creep strain and the creep life consumption rate are both the creep life consumption rate. As the value increases, 1 / Rmax and the creep strain tend to increase, and it has been clarified that these creep curves have a correlation. Further, in the range of the creep life consumption rate of 0.005 or more and 1 or less, when the creep life consumption rate increases, 1 / Rmax and the creep strain increase. Therefore, the creep strain can be accurately estimated from 1 / Rmax. Further, in the range of the creep life consumption rate from 0.109 to 0.942, a creep curve showing the relationship between 1 / Rmax and the creep life consumption rate, and a creep curve showing the relationship between the creep strain and the creep life consumption rate, With this linearity, the creep strain can be estimated from 1 / Rmax with higher accuracy. The creep curve data indicating the relationship between 1 / Rmax and the creep life consumption rate shown in FIG. 8 and the creep curve data indicating the relationship between the creep strain and the creep life consumption rate are TMS-138 material as a master curve, It is stored in the storage means 22 in association with the test temperature, tensile creep stress, and the like.
ここで、所定時間使用したジェットエンジンのＴＭＳ−１３８材で形成された複数のタービン動翼から１枚の動翼をサンプリングしてクリープ寿命を評価する場合には、サンプリングした動翼から試料を採取して走査型電子顕微鏡でラフト組織を含む金属組織画像を取得し、金属組織画像について２次元高速フーリエ変換してフーリエ変換画像を形成し、フーリエ変換画像から上述した方法で半値幅を算出する。 Here, when a single blade is sampled from a plurality of turbine blades made of TMS-138 material of a jet engine that has been used for a predetermined time and the creep life is evaluated, a sample is taken from the sampled blades Then, a metal structure image including a raft structure is acquired with a scanning electron microscope, a two-dimensional fast Fourier transform is performed on the metal structure image, a Fourier transform image is formed, and a half width is calculated from the Fourier transform image by the method described above.
そして、クリープ寿命評価部２０は、ＴＭＳ−１３８材を検索キーとして記憶手段２２に蓄積されたＴＭＳ−１３８材における半値幅とクリープ寿命消費率との関係を示すマスター曲線データ（図７の実線で示されたクリープ曲線）を呼び出し、算出した半値幅に対応するクリープ寿命消費率を求める。例えば、算出された半値幅が３５度である場合には、予め求められた図７の半値幅とクリープ寿命消費率との関係を示すクリープ曲線からクリープ寿命消費率０．７８と推定することができる。 Then, the creep life evaluation unit 20 uses the TMS-138 material as a search key as master key data indicating the relationship between the half-value width and the creep life consumption rate in the TMS-138 material stored in the storage means 22 (indicated by the solid line in FIG. 7). The creep curve shown) is called up and the creep life consumption rate corresponding to the calculated half width is obtained. For example, when the calculated half width is 35 degrees, the creep life consumption rate of 0.78 may be estimated from the creep curve indicating the relationship between the half width and the creep life consumption rate obtained in advance in FIG. it can.
また、クリープ歪を求める場合には、クリープ寿命評価部２０は、ＴＭＳ−１３８材を検索キーとして記憶手段２２に蓄積されたＴＭＳ−１３８材におけるクリープ歪とクリープ寿命消費率との関係を示すマスター曲線データ（図７の破線で示されたクリープ曲線）を呼び出し、クリープ寿命消費率０．７８に対応するクリープ歪を求める。予め求められた図７のクリープ歪とクリープ寿命消費率との関係を示すクリープ曲線から、クリープ歪１．５％と推定することができる。 In addition, when obtaining the creep strain, the creep life evaluation unit 20 uses the TMS-138 material as a search key and the master indicating the relationship between the creep strain and the creep life consumption rate in the TMS-138 material accumulated in the storage means 22. Curve data (a creep curve indicated by a broken line in FIG. 7) is called up to obtain a creep strain corresponding to a creep life consumption rate of 0.78. It can be estimated that the creep strain is 1.5% from the creep curve showing the relationship between the creep strain and the creep life consumption rate obtained in advance in FIG.
次に、フーリエ変換画像から求めた１/Ｒmaxを算出してクリープ寿命を評価する場合には、クリープ寿命評価部２０は、ＴＭＳ−１３８材を検索キーとして記憶手段２２に蓄積されたＴＭＳ−１３８材における１/Ｒmaxとクリープ寿命消費率との関係を示すマスター曲線データ（図８の実線で示されたクリープ曲線）を呼び出し、算出された１/Ｒmaxに対応するクリープ寿命消費率を求める。例えば、算出された１/Ｒmaxが０．０３（１／ｐｉｘｅｌ）である場合には、クリープ寿命消費率０．７８と推定される。このようにして、所定時間使用した動翼のクリープ寿命を評価することができる。 Next, when 1 / Rmax obtained from the Fourier transform image is calculated to evaluate the creep life, the creep life evaluation unit 20 uses the TMS-138 material as a search key to store TMS-138 stored in the storage means 22. The master curve data (creep curve shown by the solid line in FIG. 8) showing the relationship between 1 / Rmax and the creep life consumption rate of the material is called, and the creep life consumption rate corresponding to the calculated 1 / Rmax is obtained. For example, when the calculated 1 / Rmax is 0.03 (1 / pixel), it is estimated that the creep life consumption rate is 0.78. In this way, the creep life of the moving blade used for a predetermined time can be evaluated.
１０ クリープ寿命評価装置
１２ 画像形成手段
１４ 画像処理手段
１６ フーリエ変換部
１８ 計算処理部
２０ クリープ寿命評価部
２２ 記憶手段
２４ 出力手段
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Creep life evaluation apparatus 12 Image formation means 14 Image processing means 16 Fourier-transform part 18 Calculation processing part 20 Creep life evaluation part 22 Memory | storage means 24 Output means
Claims (6)
前記Ｎｉ基単結晶超合金で形成され、クリープ変形した被測定物を電子顕微鏡観察して得られたラフト組織を含む金属組織画像を形成する工程と、
前記金属組織画像を２次元フーリエ変換し、水平方向と垂直方向とが空間周波数からなる直交座標で表されたフーリエ変換画像を形成する工程と、
前記直交座標の原点に対して点対称に形成されたラフト組織のスポット像と、予め求めておいた前記被測定物と同一組成で既知のクリープ変形を受けた材料のラフト組織のスポット像と、を比較して、前記被測定物のクリープ寿命を評価する工程と、
を備えることを特徴とするクリープ寿命評価方法。 A creep life evaluation method for a Ni-based single crystal superalloy,
Forming a metallographic image including a raft structure formed by observing an object to be measured, which is formed of the Ni-based single crystal superalloy and creep-deformed, with an electron microscope;
Performing a two-dimensional Fourier transform on the metal structure image to form a Fourier transform image in which a horizontal direction and a vertical direction are represented by orthogonal coordinates composed of spatial frequencies;
A spot image of a raft structure formed symmetrically with respect to the origin of the orthogonal coordinates, and a spot image of a raft structure of a material subjected to known creep deformation with the same composition as the measured object obtained in advance, Comparing the creep life of the measured object,
A creep life evaluation method comprising:
前記直交座標の原点に対する前記ラフト組織のスポット像の開き度合いを求める工程を備え、
前記クリープ寿命を評価する工程は、前記開き度合いと、予め求めておいた前記被測定物と同一組成で既知のクリープ変形を受けた材料におけるラフト組織のスポット像の開き度合いと、を比較することを特徴とするクリープ寿命評価方法。 The creep life evaluation method according to claim 1,
The step of obtaining the degree of opening of the spot image of the raft tissue relative to the origin of the orthogonal coordinates,
In the step of evaluating the creep life, the degree of opening is compared with the degree of opening of a spot image of a raft structure in a material that has been obtained in advance and has the same composition as the object to be measured and has undergone known creep deformation. A creep life evaluation method characterized by
前記開き度合いは、前記フーリエ変換画像において前記ラフト組織のスポット像内の最大強度を示す最大強度位置を求め、前記直交座標の原点から最大強度位置までの距離を算出し、前記フーリエ変換画像を極座標に変換し、前記極座標の原点から前記距離の長さを動径として偏角に対する強度分布を求め、前記強度分布にガウス関数をフィッティングした曲線における最大ピークの半値幅で求められ、
前記クリープ寿命を評価する工程は、前記最大ピークの半値幅と、予め求めておいた前記被測定物と同一組成で既知のクリープ変形を受けた材料の最大ピークの半値幅と、を比較することを特徴とするクリープ寿命評価方法。 The creep life evaluation method according to claim 2,
The degree of opening is determined by obtaining a maximum intensity position indicating the maximum intensity in the spot image of the raft tissue in the Fourier transform image, calculating a distance from the origin of the orthogonal coordinates to the maximum intensity position, and converting the Fourier transform image to polar coordinates. To obtain the intensity distribution with respect to the declination using the length of the distance from the origin of the polar coordinates as the radius, and the half value width of the maximum peak in the curve obtained by fitting a Gaussian function to the intensity distribution,
The step of evaluating the creep life is to compare the half-value width of the maximum peak with the half-value width of the maximum peak of a material that has been obtained in advance and has the same composition as the object to be measured and has undergone known creep deformation. A creep life evaluation method characterized by
前記Ｎｉ基単結晶超合金で形成され、クリープ変形した被測定物を電子顕微鏡観察して得られたラフト組織を含む金属組織画像を形成する手段と、
前記金属組織画像を２次元フーリエ変換し、水平方向と垂直方向とが空間周波数からなる直交座標で表されたフーリエ変換画像を形成する手段と、
前記直交座標の原点に対して点対称に形成されたラフト組織のスポット像と、予め求めておいた前記被測定物と同一組成で既知のクリープ変形を受けた材料のラフト組織のスポット像と、を比較して、前記被測定物のクリープ寿命を評価する手段と、
を備えることを特徴とするクリープ寿命評価装置。 A creep life evaluation device for a Ni-based single crystal superalloy,
Means for forming a metal structure image including a raft structure obtained by observing an object to be measured, which is formed of the Ni-based single crystal superalloy and creep-deformed, with an electron microscope;
Means for performing a two-dimensional Fourier transform on the metal structure image to form a Fourier transform image in which a horizontal direction and a vertical direction are represented by orthogonal coordinates having spatial frequencies;
A spot image of a raft structure formed symmetrically with respect to the origin of the orthogonal coordinates, and a spot image of a raft structure of a material subjected to known creep deformation with the same composition as the measured object obtained in advance, A means for evaluating the creep life of the object to be measured,
A creep life evaluation apparatus comprising:
前記直交座標の原点に対する前記ラフト組織のスポット像の開き度合いを求める手段を備え、
前記クリープ寿命を評価する手段は、前記開き度合いと、予め求めておいた前記被測定物と同一組成で既知のクリープ変形を受けた材料におけるラフト組織のスポット像の開き度合いと、を比較することを特徴とするクリープ寿命評価装置。 The creep life evaluation apparatus according to claim 4,
Means for obtaining an opening degree of the spot image of the raft tissue with respect to the origin of the orthogonal coordinates;
The means for evaluating the creep life is to compare the degree of opening with the degree of opening of a spot image of a raft structure in a material that has been obtained in advance and has the same composition as the object to be measured and has undergone known creep deformation. Creep life evaluation device characterized by
前記開き度合いは、前記フーリエ変換画像において前記ラフト組織のスポット像内の最大強度を示す最大強度位置を求め、前記直交座標の原点から最大強度位置までの距離を算出し、前記フーリエ変換画像を極座標に変換し、前記極座標の原点から前記距離の長さを動径として偏角に対する強度分布を求め、前記強度分布にガウス関数をフィッティングした曲線における最大ピークの半値幅で求められ、
前記クリープ寿命を評価する手段は、前記最大ピークの半値幅と、予め求めておいた前記被測定物と同一組成で既知のクリープ変形を受けた材料の最大ピークの半値幅と、を比較することを特徴とするクリープ寿命評価装置。 The creep life evaluation apparatus according to claim 5,
The degree of opening is determined by obtaining a maximum intensity position indicating the maximum intensity in the spot image of the raft tissue in the Fourier transform image, calculating a distance from the origin of the orthogonal coordinates to the maximum intensity position, and converting the Fourier transform image to polar coordinates. To obtain the intensity distribution with respect to the declination using the length of the distance from the origin of the polar coordinates as the radius, and the half value width of the maximum peak in the curve obtained by fitting a Gaussian function to the intensity distribution,
The means for evaluating the creep life is to compare the half-value width of the maximum peak with the half-value width of the maximum peak of a material that has been obtained in advance and has the same composition as the object to be measured and has undergone known creep deformation. Creep life evaluation device characterized by
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|---|---|---|---|---|
| JP2017083325A (en) * | 2015-10-29 | 2017-05-18 | 新日鐵住金株式会社 | Method for predicting remaining life of metallic material |
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