JP2013253914A - 材料診断方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】材料中に生じたミクロ組織を、超音波を用いて非破壊的に診断する材料診断方法であって、ミクロ組織により生じた結晶粒の物性変化が超音波散乱に影響を及ぼすことを利用して、結晶粒による超音波散乱の変化を底面波、後方散乱波から捉えることにより、ミクロ組織の変化量を定量する材料診断方法。
【選択図】図1
Description
材料中に生じたミクロ組織を、超音波を用いて非破壊的に診断する材料診断方法であって、
ミクロ組織により生じた結晶粒の物性変化が超音波散乱に影響を及ぼすことを利用して、結晶粒による超音波散乱の変化を底面波、後方散乱波から捉えることにより、ミクロ組織の変化量を定量することを特徴とする材料診断方法である。
材料中に生じたミクロ組織を、超音波を用いて非破壊的に診断する材料診断方法であって、
ミクロ組織の発生がない状態の材料に超音波を入射して超音波波形を得た後、前記超音波波形を周波数変換することにより作成された第1底面波および第2底面波の周波数分布より周波数毎の減衰係数を算出し、さらに、前記材料の密度および前記超音波の音速を取得し、得られた前記減衰係数、材料の密度および前記超音波の音速から結晶粒の体積を算出する初期結晶粒体積算出工程と、
診断対象の材料に超音波を入射して超音波波形を得た後、前記初期結晶粒体積算出工程と同様にして、診断対象の結晶粒の体積を算出する診断対象結晶粒体積算出工程と、
前記初期結晶粒体積算出工程および前記診断対象結晶粒体積算出工程において得られた各体積から結晶粒の体積変化量を求めることにより、ミクロ組織の発生量を定量するミクロ組織発生量定量工程と
を備えていることを特徴とする材料診断方法である。
材料中に生じたミクロ組織を、超音波を用いて非破壊的に診断する材料診断方法であって、
初期状態にある診断対象の材料、診断対象の材料と同種材料であってミクロ組織の発生がない状態の材料、ミクロ組織の発生量が予め分かっている状態の診断対象の材料のいずれかに超音波を入射して超音波波形を得た後、前記超音波波形を周波数変換することにより作成された第1底面波および第2底面波の周波数分布より周波数毎の減衰係数を算出し、さらに、前記材料の密度および前記超音波の音速を取得し、得られた前記減衰係数、材料の密度および前記超音波の音速から結晶粒の体積を算出する第1の結晶粒体積算出工程と、
前記診断対象の材料に超音波を入射して超音波波形を得た後、前記第1の結晶粒体積算出工程と同様にして、診断対象の結晶粒の体積を算出する第2の結晶粒体積算出工程と、
前記第1の結晶粒体積算出工程および前記第2の結晶粒体積算出工程において得られた各体積から結晶粒の体積変化量を求めることにより、ミクロ組織の発生量を定量するミクロ組織発生量定量工程と
を備えていることを特徴とする材料診断方法である。
材料中に生じたミクロ組織を、超音波を用いて非破壊的に診断する材料診断方法であって、
ミクロ組織の発生量が既知である診断対象の材料中に超音波を入射して取得された超音波波形の後方散乱波領域を、前記材料の深さ方向に所定の幅の区間に区切り、各区間毎に周波数変換を用いて後方散乱波の周波数分布を算出する診断対象周波数分布算出工程と、
ミクロ組織の深さ分布を仮定して、前記診断対象周波数分布算出工程と同じ区間毎に算出した後方散乱波の周波数分布を照合しながら、ミクロ組織の深さ分布を決定することにより診断対象の材料におけるミクロ組織の深さ分布を定量するミクロ組織の深さ分布定量工程と
を備えていることを特徴とする材料診断方法である。
材料中に生じたミクロ組織を、超音波を用いて非破壊的に診断する材料診断方法であって、
ミクロ組織の発生量が既知である診断対象の材料中に超音波を入射して取得された超音波波形の後方散乱波領域を、前記材料の深さ方向に所定の幅の区間に区切り、各区間毎に周波数変換を用いて後方散乱波の周波数分布の積分強度面積比を算出する診断対象周波数分布の積分強度面積比算出工程と、
ミクロ組織の深さ分布を仮定して、前記診断対象周波数分布の積分強度面積比算出工程と同じ区間毎に算出した後方散乱波の周波数分布の積分強度面積比を照合しながら、ミクロ組織の深さ分布を決定することにより診断対象の材料におけるミクロ組織の深さ分布を定量するミクロ組織の深さ分布定量工程と
を備えていることを特徴とする材料診断方法である。
材料中に生じたミクロ組織を、超音波を用いて非破壊的に診断する材料診断方法であって、
転位密度および結晶粒径が既知である診断対象の材料中に超音波を入射して取得された超音波波形の後方散乱波領域を、前記材料の深さ方向に所定の幅の区間に区切り、各区間において周波数変換を用いて後方散乱波の周波数分布を算出する診断対象周波数分布算出工程と、
ミクロ組織の深さ分布を仮定して、前記診断対象周波数分布データ算出工程と同じ区間毎に周波数分布を算出する照合用周波数分布算出工程と、
前記診断対象周波数分布作成工程および前記照合用周波数分布算出工程において得られた各周波数分布の減少量から材料中のミクロ組織の深さ分布を決定し、決定されたミクロ組織の深さ分布の仮定により、診断対象の材料におけるミクロ組織の転位深さ分布を定量するミクロ組織の転位深さ分布定量工程と
を備えていることを特徴とする材料診断方法である。
材料中に生じたミクロ組織を、超音波を用いて非破壊的に診断する材料診断方法であって、
転位密度および結晶粒径が既知である診断対象の材料中に超音波を入射して取得された超音波波形の後方散乱波領域を、前記材料の深さ方向に所定の幅の区間に区切り、各区間において周波数変換を用いて後方散乱波の周波数分布の積分強度面積比を算出する診断対象周波数分布の積分強度面積比算出工程と、
ミクロ組織の深さ分布を仮定して、前記診断対象周波数分布の積分強度面積比のデータ算出工程と同じ区間毎に周波数分布の積分強度面積比を算出する照合用周波数分布の積分強度面積比算出工程と、
前記診断対象周波数分布の積分強度面積比作成工程および前記照合用周波数分布の積分強度面積比算出工程において得られた各周波数分布の積分強度面積比から材料中のミクロ組織の深さ分布を決定し、決定されたミクロ組織の深さ分布の仮定により、診断対象の材料におけるミクロ組織の転位深さ分布を定量するミクロ組織の転位深さ分布定量工程と
を備えていることを特徴とする材料診断方法である。
材料中に生じたミクロ組織を、超音波を用いて非破壊的に診断する材料診断方法であって、
材料中に超音波を入射して得られる超音波の音速、減衰係数、底面波の周波数分布、低周波数側波高、高周波数側波高、後方散乱波の周波数分布および後方散乱波の周波数の積分強度面積比から選択された1個以上の指標を用いて、
初期状態にある診断対象の材料、診断対象の材料と同種材料であってミクロ組織の発生がない状態の材料、ミクロ組織の発生量が予め分かっている状態の診断対象の材料のいずれかについて予め取得しておいた基準材料データと診断時において得られた診断対象材料データとの間の変化、および前記材料の使用履歴に基づいて、
発生したミクロ組織の種類を判別することを特徴とする材料診断方法である。
材料中に生じたミクロ組織を、超音波を用いて非破壊的に診断する材料診断方法であって、
初期状態にある診断対象の材料、診断対象の材料と同種材料であってミクロ組織の発生がない状態の材料、ミクロ組織の発生量が予め分かっている状態の診断対象の材料のいずれかに超音波を入射して、超音波波形および材料の結晶粒物性値を取得する第1のデータ取得工程と、
診断対象の材料中に超音波を入射して、超音波波形および材料の結晶粒物性値を取得する第2のデータ取得工程と
を備えており、
前記第1のデータ取得工程および前記第2のデータ取得工程において得られた結晶粒物性値の変化を加味して、前記超音波波形を評価することにより、材料中に生じたミクロ組織を診断することを特徴とする材料診断方法である。
前記材料中に発生したミクロ組織が、析出物、ボイド、転位および相変態のいずれか1つ以上のミクロ組織であることを特徴とする請求項9に記載の材料診断方法である。
以下は、ステンレス製の六角柱材厚さ52.23mmの材料について、ミクロ組織が一様に分布している場合におけるミクロ組織発生量を定量評価する方法に関する。
最初に、ミクロ組織の発生がない状態の材料(未照射アーカイブ材)にピーク周波数10MHzの超音波を入射して、超音波波形を取得した。
仮定したミクロ組織の発生による結晶粒の物性値変化(ここでは音速の変化を用いた)に着目し、減衰係数の変化量に基づいて周波数分布の計算を行った。以下、ボイド、析出物、転位により発生したミクロ組織のそれぞれの場合について、具体的な計算例を示す。
ミクロ組織として、スエリング1.3%のボイドスエリングにより発生したミクロ組織を仮定して、(式2)を用いて各周波数毎の減衰係数αLを求め、底面波の周波数分布を算出した。過去の知見により、スエリング1.3%のボイドスエリングの発生による音速の変化量を0.7%とした。
ミクロ組織として、炭化物析出により0.6%緻密化することにより発生したミクロ組織を仮定して、上記と同じ方法を用いて底面波の周波数分布および後方散乱波の周波数分布を算出した。なお、過去の知見より、炭化物析出による0.6%緻密化による音速の変化量を2%とした。
ミクロ組織として、転位密度の増加(1015m/m3)により発生したミクロ組織を仮定し、(式3)、(式5)を用いて各ω毎の減衰係数を求め、結晶粒の物性値変化により減衰係数が変化したことに着目しながら、平均転位長さをパラメータとして、底面波と後方散乱波の周波数分布を算出した。
以上の各場合における結果より、ミクロ組織の発生による結晶粒の物性値変化に着目し、上記の各式を用いて結晶粒の物性値を反映させることにより、微小なミクロ組織であっても明確に区別することが可能となることが分かる。
以下は、深さ分布をもったボイドについて、その深さ分布について定量評価する方法に関し、(A)後方散乱波周波数分布を用いた定量評価、(B)後方散乱波周波数分布の積分強度面積比を用い定量評価の順に説明する。
(1)ミクロ組織の発生がない状態の材料の超音波データの取得
最初に、ステンレス製の六角柱材の厚さ52.23mmであって、ミクロ組織の発生がない状態の材料(未照射アーカイブ材)に、ピーク周波数10MHzの超音波を入射して、超音波波形を取得し、後方散乱波計算領域として区間を14mm幅として、深さ16−30mm、および36−50mmにおける後方散乱波の周波数分布を算出した。
診断対象の材料として、以下のミクロ組織が発生した2種類の材料を仮定した。
(イ)スエリングが1.3%のボイドが一様に分布して発生している材料
(ロ)両端の幅16mmにスエリング0.7%のボイド、中央部の幅20.23mmにスエリング2.25%のボイド(総幅52.23mm、平均スエリング1.3%)が発生している材料(図9参照)
各診断対象材料について、式(4)を用いて、後方散乱波計算領域として区間を14mm幅として、深さ16−30mm、および36−50mmにおける後方散乱波の周波数分布を算出した。
(1)ボイドが一様に分布して発生している材料
まず、診断対象の材料として、ボイドが一様に分布して発生している材料を仮定し、後方散乱波周波数分布の積分強度面積比を求めた。
次に、診断対象の材料として、図12に示す(a)〜(c)領域において、表1に示すスエリングの分布でボイドが発生している4種類の材料を仮定し、各材料につき前記と同様にして、後方散乱波周波数分布の積分強度面積比を求めた。なお、表1に示すように、これらの材料における平均スエリングはいずれも1%であり、平均ボイド量は同じである。
次に、ミクロ組織の発生がない状態の未照射アーカイブ材と、ミクロ組織の発生がある照射材とにおける後方散乱波周波数分布の積分強度面積比を求め、比較した。結果を図14に示す。
以下は、ミクロ組織が同時に存在している場合における個々のミクロ組織を判別する方法に関する。
ミクロ組織の発生は、まず転位組織が成長し、次に炭化物が析出し、最後にボイドスエリングが発生すると仮定した。
指標としては、音速、後方散乱波ピーク周波数、7MHz(低周波数側)および13MHz(高周波数側)の波高の4つを指標とした。
ミクロ組織の発生がない状態、および上記した各ミクロ組織が発生している状態の材料中に超音波を入射した場合に得られる周波分布を算出した後、前記各指標を算出し、ミクロ組織の発生がない状態の値を基準とした相対変化を求めた。
Claims (10)
- 材料中に生じたミクロ組織を、超音波を用いて非破壊的に診断する材料診断方法であって、
ミクロ組織により生じた結晶粒の物性変化が超音波散乱に影響を及ぼすことを利用して、結晶粒による超音波散乱の変化を底面波、後方散乱波から捉えることにより、ミクロ組織の変化量を定量することを特徴とする材料診断方法。 - 材料中に生じたミクロ組織を、超音波を用いて非破壊的に診断する材料診断方法であって、
ミクロ組織の発生がない状態の材料に超音波を入射して超音波波形を得た後、前記超音波波形を周波数変換することにより作成された第1底面波および第2底面波の周波数分布より周波数毎の減衰係数を算出し、さらに、前記材料の密度および前記超音波の音速を取得し、得られた前記減衰係数、材料の密度および前記超音波の音速から結晶粒の体積を算出する初期結晶粒体積算出工程と、
診断対象の材料に超音波を入射して超音波波形を得た後、前記初期結晶粒体積算出工程と同様にして、診断対象の結晶粒の体積を算出する診断対象結晶粒体積算出工程と、
前記初期結晶粒体積算出工程および前記診断対象結晶粒体積算出工程において得られた各体積から結晶粒の体積変化量を求めることにより、ミクロ組織の発生量を定量するミクロ組織発生量定量工程と
を備えていることを特徴とする材料診断方法。 - 材料中に生じたミクロ組織を、超音波を用いて非破壊的に診断する材料診断方法であって、
初期状態にある診断対象の材料、診断対象の材料と同種材料であってミクロ組織の発生がない状態の材料、ミクロ組織の発生量が予め分かっている状態の診断対象の材料のいずれかに超音波を入射して超音波波形を得た後、前記超音波波形を周波数変換することにより作成された第1底面波および第2底面波の周波数分布より周波数毎の減衰係数を算出し、さらに、前記材料の密度および前記超音波の音速を取得し、得られた前記減衰係数、材料の密度および前記超音波の音速から結晶粒の体積を算出する第1の結晶粒体積算出工程と、
前記診断対象の材料に超音波を入射して超音波波形を得た後、前記第1の結晶粒体積算出工程と同様にして、診断対象の結晶粒の体積を算出する第2の結晶粒体積算出工程と、
前記第1の結晶粒体積算出工程および前記第2の結晶粒体積算出工程において得られた各体積から結晶粒の体積変化量を求めることにより、ミクロ組織の発生量を定量するミクロ組織発生量定量工程と
を備えていることを特徴とする材料診断方法。 - 材料中に生じたミクロ組織を、超音波を用いて非破壊的に診断する材料診断方法であって、
ミクロ組織の発生量が既知である診断対象の材料中に超音波を入射して取得された超音波波形の後方散乱波領域を、前記材料の深さ方向に所定の幅の区間に区切り、各区間毎に周波数変換を用いて後方散乱波の周波数分布を算出する診断対象周波数分布算出工程と、
ミクロ組織の深さ分布を仮定して、前記診断対象周波数分布算出工程と同じ区間毎に算出した後方散乱波の周波数分布を照合しながら、ミクロ組織の深さ分布を決定することにより診断対象の材料におけるミクロ組織の深さ分布を定量するミクロ組織の深さ分布定量工程と
を備えていることを特徴とする材料診断方法。 - 材料中に生じたミクロ組織を、超音波を用いて非破壊的に診断する材料診断方法であって、
ミクロ組織の発生量が既知である診断対象の材料中に超音波を入射して取得された超音波波形の後方散乱波領域を、前記材料の深さ方向に所定の幅の区間に区切り、各区間毎に周波数変換を用いて後方散乱波の周波数分布の積分強度面積比を算出する診断対象周波数分布の積分強度面積比算出工程と、
ミクロ組織の深さ分布を仮定して、前記診断対象周波数分布の積分強度面積比算出工程と同じ区間毎に算出した後方散乱波の周波数分布の積分強度面積比を照合しながら、ミクロ組織の深さ分布を決定することにより診断対象の材料におけるミクロ組織の深さ分布を定量するミクロ組織の深さ分布定量工程と
を備えていることを特徴とする材料診断方法。 - 材料中に生じたミクロ組織を、超音波を用いて非破壊的に診断する材料診断方法であって、
転位密度および結晶粒径が既知である診断対象の材料中に超音波を入射して取得された超音波波形の後方散乱波領域を、前記材料の深さ方向に所定の幅の区間に区切り、各区間において周波数変換を用いて後方散乱波の周波数分布を算出する診断対象周波数分布算出工程と、
ミクロ組織の深さ分布を仮定して、前記診断対象周波数分布データ算出工程と同じ区間毎に周波数分布を算出する照合用周波数分布算出工程と、
前記診断対象周波数分布作成工程および前記照合用周波数分布算出工程において得られた各周波数分布の減少量から材料中のミクロ組織の深さ分布を決定し、決定されたミクロ組織の深さ分布の仮定により、診断対象の材料におけるミクロ組織の転位深さ分布を定量するミクロ組織の転位深さ分布定量工程と
を備えていることを特徴とする材料診断方法。 - 材料中に生じたミクロ組織を、超音波を用いて非破壊的に診断する材料診断方法であって、
転位密度および結晶粒径が既知である診断対象の材料中に超音波を入射して取得された超音波波形の後方散乱波領域を、前記材料の深さ方向に所定の幅の区間に区切り、各区間において周波数変換を用いて後方散乱波の周波数分布の積分強度面積比を算出する診断対象周波数分布の積分強度面積比算出工程と、
ミクロ組織の深さ分布を仮定して、前記診断対象周波数分布の積分強度面積比のデータ算出工程と同じ区間毎に周波数分布の積分強度面積比を算出する照合用周波数分布の積分強度面積比算出工程と、
前記診断対象周波数分布の積分強度面積比作成工程および前記照合用周波数分布の積分強度面積比算出工程において得られた各周波数分布の積分強度面積比から材料中のミクロ組織の深さ分布を決定し、決定されたミクロ組織の深さ分布の仮定により、診断対象の材料におけるミクロ組織の転位深さ分布を定量するミクロ組織の転位深さ分布定量工程と
を備えていることを特徴とする材料診断方法。 - 材料中に生じたミクロ組織を、超音波を用いて非破壊的に診断する材料診断方法であって、
材料中に超音波を入射して得られる超音波の音速、減衰係数、底面波の周波数分布、低周波数側波高、高周波数側波高、後方散乱波の周波数分布および後方散乱波の周波数の積分強度面積比から選択された1個以上の指標を用いて、
初期状態にある診断対象の材料、診断対象の材料と同種材料であってミクロ組織の発生がない状態の材料、ミクロ組織の発生量が予め分かっている状態の診断対象の材料のいずれかについて予め取得しておいた基準材料データと診断時において得られた診断対象材料データとの間の変化、および前記材料の使用履歴に基づいて、
発生したミクロ組織の種類を判別することを特徴とする材料診断方法。 - 材料中に生じたミクロ組織を、超音波を用いて非破壊的に診断する材料診断方法であって、
初期状態にある診断対象の材料、診断対象の材料と同種材料であってミクロ組織の発生がない状態の材料、ミクロ組織の発生量が予め分かっている状態の診断対象の材料のいずれかに超音波を入射して、超音波波形および材料の結晶粒物性値を取得する第1のデータ取得工程と、
診断対象の材料中に超音波を入射して、超音波波形および材料の結晶粒物性値を取得する第2のデータ取得工程と
を備えており、
前記第1のデータ取得工程および前記第2のデータ取得工程において得られた結晶粒物性値の変化を加味して、前記超音波波形を評価することにより、材料中に生じたミクロ組織を診断することを特徴とする材料診断方法。 - 前記材料中に発生したミクロ組織が、析出物、ボイド、転位および相変態のいずれか1つ以上のミクロ組織であることを特徴とする請求項9に記載の材料診断方法。
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