JP2833675B2 - 金属部材の応力測定方法 - Google Patents
金属部材の応力測定方法Info
- Publication number
- JP2833675B2 JP2833675B2 JP3234866A JP23486691A JP2833675B2 JP 2833675 B2 JP2833675 B2 JP 2833675B2 JP 3234866 A JP3234866 A JP 3234866A JP 23486691 A JP23486691 A JP 23486691A JP 2833675 B2 JP2833675 B2 JP 2833675B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- ray
- metal member
- residual stress
- measured
- intensity
- 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.)
- Expired - Fee Related
Links
Landscapes
- Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、Ｘ線を用いる金属部材
の残留応力測定方法に関する。
の残留応力測定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】近時例えば車両の軽量化または小型化が
進み、アルミニウム合金またはエンジニアリングプラス
チック等の軽量材が活用され、特にアルミニウム合金鋳
物が強度部材として多く使用されるようになってきてい
る。
進み、アルミニウム合金またはエンジニアリングプラス
チック等の軽量材が活用され、特にアルミニウム合金鋳
物が強度部材として多く使用されるようになってきてい
る。
【０００３】こうした中で、アルミニウム合金材料の疲
労強度（耐久性）を如何にして向上させるかについて種
々の検討が行われ、材料の合金成分または熱処理等の改
善が多くなされている。
労強度（耐久性）を如何にして向上させるかについて種
々の検討が行われ、材料の合金成分または熱処理等の改
善が多くなされている。
【０００４】ショットピーニング加工によって金属部材
表面部に圧縮残留応力を生成させることも、耐久性の向
上に有効な手段として注目されている。
表面部に圧縮残留応力を生成させることも、耐久性の向
上に有効な手段として注目されている。
【０００５】さらに、このような残留応力の生成により
金属部材、特にその表面部を強化して耐久性を向上させ
る作用をより効果的に行うには、生成する残留応力を精
緻に測定し、その測定にもとづいて疲労強度を求めなけ
ればならない。
金属部材、特にその表面部を強化して耐久性を向上させ
る作用をより効果的に行うには、生成する残留応力を精
緻に測定し、その測定にもとづいて疲労強度を求めなけ
ればならない。
【０００６】疲労強度を求めるためには、対象となる金
属部材の実体部品または図７に示されるような残留応力
生成部１を有する切出し試験片２を用い、機械部品に掛
る応力形態に相応した装置により疲労強度試験が行われ
ている。
属部材の実体部品または図７に示されるような残留応力
生成部１を有する切出し試験片２を用い、機械部品に掛
る応力形態に相応した装置により疲労強度試験が行われ
ている。
【０００７】しかし、前記疲労強度試験は、破壊試験で
あること、実体部品の測定必要部位の特定が困難なこと
および長時間を要し経費が嵩むこと等の難点があり、改
善が望まれている。
あること、実体部品の測定必要部位の特定が困難なこと
および長時間を要し経費が嵩むこと等の難点があり、改
善が望まれている。
【０００８】これに対して、Ｘ線を利用する残留応力の
測定方法は、局部的な残留応力の存在位置に照射される
Ｘ線の回折Ｘ線によって残留応力値を非破壊的に測定で
きるという利点がある。
測定方法は、局部的な残留応力の存在位置に照射される
Ｘ線の回折Ｘ線によって残留応力値を非破壊的に測定で
きるという利点がある。
【０００９】したがって、非破壊試験であるＸ線応力測
定法は、前述したような難点を改善するものとして広く
用いられ、最近ではＸ線応力測定装置は、例えば量産ラ
インにおける部品の品質管理等を目的として多く利用さ
れるようになっている。
定法は、前述したような難点を改善するものとして広く
用いられ、最近ではＸ線応力測定装置は、例えば量産ラ
インにおける部品の品質管理等を目的として多く利用さ
れるようになっている。
【００１０】前述したようなＸ線応力測定装置を用いて
行われる金属部材の応力測定方法では、被測定金属部材
の残留応力生成部に照射されるＸ線は互に異なる複数の
角度から入射し、各Ｘ線入射角ごとにすべての回折Ｘ線
の強度ピークをそれぞれ検出し、これらの各検出値を総
合した総合値から残留応力が測定されるようになってい
る。
行われる金属部材の応力測定方法では、被測定金属部材
の残留応力生成部に照射されるＸ線は互に異なる複数の
角度から入射し、各Ｘ線入射角ごとにすべての回折Ｘ線
の強度ピークをそれぞれ検出し、これらの各検出値を総
合した総合値から残留応力が測定されるようになってい
る。
【００１１】したがって、図１（Ａ）に例示されるよう
に、各Ｘ線入射角における各回折Ｘ線に、生成した残留
応力に対応するシャープな立上がり勾配を有する強度ピ
ークが検出される時は、図１（Ｂ）に示されるようなＸ
線の入射角分布と面間隔のずれ（２θ）との関係を表わ
すグラフにおいて、上記検出される強度ピークの検出強
度値は各Ｘ線入射角のものにおいてほぼ等しい値を示
し、グラフは直線状となる。
に、各Ｘ線入射角における各回折Ｘ線に、生成した残留
応力に対応するシャープな立上がり勾配を有する強度ピ
ークが検出される時は、図１（Ｂ）に示されるようなＸ
線の入射角分布と面間隔のずれ（２θ）との関係を表わ
すグラフにおいて、上記検出される強度ピークの検出強
度値は各Ｘ線入射角のものにおいてほぼ等しい値を示
し、グラフは直線状となる。
【００１２】このように、各回折Ｘ線の各強度ピークの
検出強度値が均斉して検出される時は、これらの各強度
値が各Ｘ線入射角にわたって総合され、その結果にもと
づいて残留応力が測定されることになって測定の有意性
が認められることになる。
検出強度値が均斉して検出される時は、これらの各強度
値が各Ｘ線入射角にわたって総合され、その結果にもと
づいて残留応力が測定されることになって測定の有意性
が認められることになる。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、Ｘ線応
力測定に際して、被測定金属部材のＸ線入射位置にオイ
ル、ゴミ等の異種材が付着している場合、或いは合金中
の成分が特定の挙動を示す場合には、各Ｘ線入射角にそ
れぞれ対応する各回折Ｘ線が良好な状態で得られない。
力測定に際して、被測定金属部材のＸ線入射位置にオイ
ル、ゴミ等の異種材が付着している場合、或いは合金中
の成分が特定の挙動を示す場合には、各Ｘ線入射角にそ
れぞれ対応する各回折Ｘ線が良好な状態で得られない。
【００１４】すなわち、図２（Ａ）に例示されるよう
に、各Ｘ線入射角における各回折Ｘ線には強度ピークが
顕著に表れず、強度ピークはブロードとなり、強度ピー
クも散乱してその強度値の検出が困難となる。このよう
な時には、図２（Ｂ）に示されるように、Ｘ線の入射角
分布と面間隔のずれ（２θ）との関係を示すグラフは強
度ピークの強度値を示すことができず、このグラフから
面間隔のずれを読みとることができないため、残留応力
の測定が不可能となる。
に、各Ｘ線入射角における各回折Ｘ線には強度ピークが
顕著に表れず、強度ピークはブロードとなり、強度ピー
クも散乱してその強度値の検出が困難となる。このよう
な時には、図２（Ｂ）に示されるように、Ｘ線の入射角
分布と面間隔のずれ（２θ）との関係を示すグラフは強
度ピークの強度値を示すことができず、このグラフから
面間隔のずれを読みとることができないため、残留応力
の測定が不可能となる。
【００１５】しかるに、従来法においては、被測定金属
部材の残留応力生成部に対する各Ｘ線入射角ごとにすべ
ての回折Ｘ線の強度ピークを検出し、これらの各検出値
を総合した総合値から残留応力を測定しようとするもの
であるから、前記回折Ｘ線の強度ピークが適正に検出さ
れていない時でも、総合値により残留応力が測定されよ
うとするまでの，有意性が乏しい過程が実行されるとい
う問題があった。
部材の残留応力生成部に対する各Ｘ線入射角ごとにすべ
ての回折Ｘ線の強度ピークを検出し、これらの各検出値
を総合した総合値から残留応力を測定しようとするもの
であるから、前記回折Ｘ線の強度ピークが適正に検出さ
れていない時でも、総合値により残留応力が測定されよ
うとするまでの，有意性が乏しい過程が実行されるとい
う問題があった。
【００１６】さらに、前述したような有意性の乏しい測
定を最初から最後まで実行すること、並びにこのような
操作を繰返し行うことは、測定時間の増加を招くことに
なり、測定効率の悪化が避けられないという問題点もあ
った。
定を最初から最後まで実行すること、並びにこのような
操作を繰返し行うことは、測定時間の増加を招くことに
なり、測定効率の悪化が避けられないという問題点もあ
った。
【００１７】上記に鑑みて、本発明は、Ｘ線により金属
部材の残留応力を測定するに際し、この金属部材の表面
状態、或いは合金成分によりもたらされる影響を最低限
に抑止することにより信頼性の高い測定値が得られ、且
つ測定時間の効率化を可能とする金属部材の応力測定方
法の提供を目的とするものである。
部材の残留応力を測定するに際し、この金属部材の表面
状態、或いは合金成分によりもたらされる影響を最低限
に抑止することにより信頼性の高い測定値が得られ、且
つ測定時間の効率化を可能とする金属部材の応力測定方
法の提供を目的とするものである。
【００１８】
【課題を解決するための手段】前述したような目的を達
成するために、請求項１の発明は、Ｘ線による応力測定
においてＸ線入射を入射角度が異る複数点から行い、各
回折Ｘ線の強度ピークの強度値およびブロードを検出
し、その検出値の一定条件のもとにおける適用により効
率よく被測定金属部材の残留応力を測定しようとするも
のである。
成するために、請求項１の発明は、Ｘ線による応力測定
においてＸ線入射を入射角度が異る複数点から行い、各
回折Ｘ線の強度ピークの強度値およびブロードを検出
し、その検出値の一定条件のもとにおける適用により効
率よく被測定金属部材の残留応力を測定しようとするも
のである。
【００１９】具体的に請求項１の発明が講じた解決手段
は、外力に起因して金属部材の表面部に生ずる残留応力
をＸ線の照射により測定する金属部材の応力測定方法で
あって、Ｘ線入射を互に異なる複数の角度から行い、且
つ上記複数の角度からのＸ線入射における各回折Ｘ線の
強度ピークを検出し、各角度ごとの回折Ｘ線の強度ピー
クが示す複数の検出強度値および検出ブロードを、予め
設定された設定強度値および設定ブロードとそれぞれ比
較し、上記複数の検出強度値のうち設定強度値以上のも
のが所定数以上あり、且つ検出ブロードが設定ブロード
未満である場合のみ残留応力を演算する構成となってい
る。
は、外力に起因して金属部材の表面部に生ずる残留応力
をＸ線の照射により測定する金属部材の応力測定方法で
あって、Ｘ線入射を互に異なる複数の角度から行い、且
つ上記複数の角度からのＸ線入射における各回折Ｘ線の
強度ピークを検出し、各角度ごとの回折Ｘ線の強度ピー
クが示す複数の検出強度値および検出ブロードを、予め
設定された設定強度値および設定ブロードとそれぞれ比
較し、上記複数の検出強度値のうち設定強度値以上のも
のが所定数以上あり、且つ検出ブロードが設定ブロード
未満である場合のみ残留応力を演算する構成となってい
る。
【００２０】また、請求項２の発明は、請求項１の発明
の応用性を拡大するためのものであって、具体的には請
求項１の構成に、残留応力が測定される金属部材はアル
ミニウム製合金部材であり、測定される残留応力から疲
労強度の向上値を求めることにより疲労強度を算定する
構成を付加するものである。
の応用性を拡大するためのものであって、具体的には請
求項１の構成に、残留応力が測定される金属部材はアル
ミニウム製合金部材であり、測定される残留応力から疲
労強度の向上値を求めることにより疲労強度を算定する
構成を付加するものである。
【００２１】さらに、請求項３の発明では、Ｘ線の照射
条件として、被測定金属部材の測定領域に対応した照射
面積が得られるコリメータを選択し、そのコリメータに
よる照射面積に相応したパルス数のＸ線を設定するもの
とする。
条件として、被測定金属部材の測定領域に対応した照射
面積が得られるコリメータを選択し、そのコリメータに
よる照射面積に相応したパルス数のＸ線を設定するもの
とする。
【００２２】
【作用】請求項１の発明の構成により、被測定金属部材
の残留応力の存在部位には、互に異なった複数の入射角
度となるようにＸ線が照射される。
の残留応力の存在部位には、互に異なった複数の入射角
度となるようにＸ線が照射される。
【００２３】したがって、各入射Ｘ線の各回折Ｘ線はそ
れぞれ回折角度が異なったものとなることにより、金属
部材面の異種材の付着または金属部材の合金成分の挙動
によって一部のＸ線入射角の回折Ｘ線が良好なものとな
らず典型的な強度ピークが得られなくても、他の角度か
らの入射Ｘ線の回折Ｘ線については残留応力の存在によ
る結晶状態に対応した回折面にもとづく強度ピークが得
られることもある。
れぞれ回折角度が異なったものとなることにより、金属
部材面の異種材の付着または金属部材の合金成分の挙動
によって一部のＸ線入射角の回折Ｘ線が良好なものとな
らず典型的な強度ピークが得られなくても、他の角度か
らの入射Ｘ線の回折Ｘ線については残留応力の存在によ
る結晶状態に対応した回折面にもとづく強度ピークが得
られることもある。
【００２４】これらの回折Ｘ線が示す各強度ピークを、
それぞれ検出して予め設定された強度ピークのレベルと
比較し、検出された各強度ピークの検出強度値の大きさ
がいずれも上記予め設定されたレベルの６０％を超す設
定強度値よりも大であるか、または前記予め設定された
レベルに対して一定の量的および数的条件を満たす場合
には、強度ピークの存在により、被測定金属部材の残留
応力は前記結果にもとづいて演算可能であると判断され
る。
それぞれ検出して予め設定された強度ピークのレベルと
比較し、検出された各強度ピークの検出強度値の大きさ
がいずれも上記予め設定されたレベルの６０％を超す設
定強度値よりも大であるか、または前記予め設定された
レベルに対して一定の量的および数的条件を満たす場合
には、強度ピークの存在により、被測定金属部材の残留
応力は前記結果にもとづいて演算可能であると判断され
る。
【００２５】一方、入射Ｘ線の回折Ｘ線の強度ピークに
ついては、その強度ピークの表れ方がシャープでない、
いわゆるブロードの場合には、結晶状態における回折面
が不整であって、残留応力の存在が明定され難い状態で
あることを示している。
ついては、その強度ピークの表れ方がシャープでない、
いわゆるブロードの場合には、結晶状態における回折面
が不整であって、残留応力の存在が明定され難い状態で
あることを示している。
【００２６】したがって、各入射Ｘ線の各回折Ｘ線のぞ
れぞれの強度ピークについて検出ブロードを予め設定さ
れた設定ブロードと比較し、いずれのＸ線入射角度に対
応する回折Ｘ線の強度ピークにおいても、上記設定ブロ
ード未満のものであることを確認した上で残留応力の演
算をすることにより、残留応力測定の有意性が保持され
る。
れぞれの強度ピークについて検出ブロードを予め設定さ
れた設定ブロードと比較し、いずれのＸ線入射角度に対
応する回折Ｘ線の強度ピークにおいても、上記設定ブロ
ード未満のものであることを確認した上で残留応力の演
算をすることにより、残留応力測定の有意性が保持され
る。
【００２７】その結果、各回折Ｘ線が示す強度ピークに
含まれる検出強度値および検出ブロードは、予め設定さ
れた設定強度値および設定ブロードに対比して許容され
る値を有する被測定金属部材についてのみ、データ処理
を行って残留応力値を演算すればよいことになる。
含まれる検出強度値および検出ブロードは、予め設定さ
れた設定強度値および設定ブロードに対比して許容され
る値を有する被測定金属部材についてのみ、データ処理
を行って残留応力値を演算すればよいことになる。
【００２８】各回折Ｘ線が示す強度ピークの検出強度値
が一定の条件を満足しない場合、または強度ピークが設
定ブロード以上の状態であるものは、データ処理される
に至らず直ちに再測定に戻されることにより効率化がも
たらされる。
が一定の条件を満足しない場合、または強度ピークが設
定ブロード以上の状態であるものは、データ処理される
に至らず直ちに再測定に戻されることにより効率化がも
たらされる。
【００２９】そして、請求項２の発明では、残留応力が
測定される金属部材はアルミニウム合金製部材とされる
ことにより、アルミニウム合金に慣用される金属元素、
例えば銅、ケイ素等が合金成分として含まれる場合であ
っても、それらの挙動の影響を受けることを軽減した条
件でアルミニウム合金の残留応力の測定が効率よく行わ
れる。
測定される金属部材はアルミニウム合金製部材とされる
ことにより、アルミニウム合金に慣用される金属元素、
例えば銅、ケイ素等が合金成分として含まれる場合であ
っても、それらの挙動の影響を受けることを軽減した条
件でアルミニウム合金の残留応力の測定が効率よく行わ
れる。
【００３０】また、この残留応力の測定値と疲労強度の
向上値とは、アルミニウム合金に関しては直線的な関係
にあることにより、疲労強度の向上値を精度良く求める
ことができる。
向上値とは、アルミニウム合金に関しては直線的な関係
にあることにより、疲労強度の向上値を精度良く求める
ことができる。
【００３１】次いで、所定のアルミニウム合金製部材に
ついて知られている疲労特性曲線から、所望の繰返し数
におけるその材料本来の疲労強度を求め、この材料本来
の疲労強度に残留応力により向上した疲労強度の向上値
を加算することにより、得られた残留応力値における疲
労強度が算定可能となるのである。
ついて知られている疲労特性曲線から、所望の繰返し数
におけるその材料本来の疲労強度を求め、この材料本来
の疲労強度に残留応力により向上した疲労強度の向上値
を加算することにより、得られた残留応力値における疲
労強度が算定可能となるのである。
【００３２】さらに、請求項３の発明では、最適条件に
設定されたＸ線の照射が可能となるので、残留応力の良
好な測定データを得ることができる。
設定されたＸ線の照射が可能となるので、残留応力の良
好な測定データを得ることができる。
【００３３】
【実施例】次に、本発明の一実施例につき図面を参照し
つつ説明する。
つつ説明する。
【００３４】実施例１ 自動車の各部に汎用されるシルミン系のアルミニウム合
金（アルミニウムを主成分とし、主な合金成分として
６．５〜７．５wt％のケイ素が含有されている）を金属
部材とし、この金属部材にショットピーニング加工を施
すことにより部材表面部に圧縮残留応力を生成させた。
金（アルミニウムを主成分とし、主な合金成分として
６．５〜７．５wt％のケイ素が含有されている）を金属
部材とし、この金属部材にショットピーニング加工を施
すことにより部材表面部に圧縮残留応力を生成させた。
【００３５】このように、表面部に残留応力が生成され
たアルミニウム合金製部材を被測定金属部材として、本
発明の応力測定方法により、その残留応力を測定した。
たアルミニウム合金製部材を被測定金属部材として、本
発明の応力測定方法により、その残留応力を測定した。
【００３６】測定方法は、図３のフローチャートに示さ
れるように、以下のステップを経ることにより行われ
る。
れるように、以下のステップを経ることにより行われ
る。
【００３７】ステップＡ： このステップにおいては、残留応力が存在する被測定金
属部材の表面部に照射されるＸ線を、被測定金属部材の
状況に対応して好適な状態に設定する。なお、このステ
ップＡにおける設定の条件は後述するとおりである。
属部材の表面部に照射されるＸ線を、被測定金属部材の
状況に対応して好適な状態に設定する。なお、このステ
ップＡにおける設定の条件は後述するとおりである。
【００３８】ステップＢ： このステップにおいては、本発明方法が行われるＸ線応
力測定装置に、被測定金属部材としてのアルミニム合金
製部材を試料としてセットする。
力測定装置に、被測定金属部材としてのアルミニム合金
製部材を試料としてセットする。
【００３９】ステップＣ： このステップにおいては、各Ｘ線入射角にそれぞれ対応
する回折Ｘ線の強度ピークを測定する。
する回折Ｘ線の強度ピークを測定する。
【００４０】本実施例においては、Ｘ線入射角度は被測
定金属部材試料面の法線に対して５度から４５度に至る
５度間隔とし、計９点からＸ線を照射した。
定金属部材試料面の法線に対して５度から４５度に至る
５度間隔とし、計９点からＸ線を照射した。
【００４１】したがって、１個の試料につき各回折Ｘ線
に対応する９回の強度ピークの測定を行い、各強度ピー
クの状態を記憶する。
に対応する９回の強度ピークの測定を行い、各強度ピー
クの状態を記憶する。
【００４２】ステップＤ： このステップにおいては、各Ｘ線入射角について各回折
Ｘ線の強度ピークの検出強度値が、予め設定されたレベ
ルの６０％を超える設定強度値を超しているか否かにつ
いてそれぞれ比較する。
Ｘ線の強度ピークの検出強度値が、予め設定されたレベ
ルの６０％を超える設定強度値を超しているか否かにつ
いてそれぞれ比較する。
【００４３】前記各強度ピークの検出強度値が、すべて
予め設定されたレベルの６０％を超しているときはステ
ップＦに進む。
予め設定されたレベルの６０％を超しているときはステ
ップＦに進む。
【００４４】前記各強度ピークの検出強度値のすべて
が、予め設定されたレベルの６０％以下のときはステッ
プＥに進む。
が、予め設定されたレベルの６０％以下のときはステッ
プＥに進む。
【００４５】ステップＥ： このステップにおいては、各Ｘ線入射角についての各回
折Ｘ線の強度ピークのうち、その検出強度値が予め設定
されたレベルの４０〜６０％となるものが、Ｘ線入射角
度位置９点のうち４点以上存在するか否かについて判断
する。
折Ｘ線の強度ピークのうち、その検出強度値が予め設定
されたレベルの４０〜６０％となるものが、Ｘ線入射角
度位置９点のうち４点以上存在するか否かについて判断
する。
【００４６】前記強度ピークの検出強度値のうち、予め
設定されたレベルの４０〜６０％となるものがＸ線入射
角度位置９点のうち４点以上あればステップＦに進む。
設定されたレベルの４０〜６０％となるものがＸ線入射
角度位置９点のうち４点以上あればステップＦに進む。
【００４７】前記強度ピークの検出強度値のうち、予め
設定されたレベルの４０〜６０％となるものがＸ線入射
角度位置９点のうち３点以下であれば、データはステッ
プＢに戻され、Ｘ線の条件が再設定され、且つ再度強度
ピークが測定される。
設定されたレベルの４０〜６０％となるものがＸ線入射
角度位置９点のうち３点以下であれば、データはステッ
プＢに戻され、Ｘ線の条件が再設定され、且つ再度強度
ピークが測定される。
【００４８】ステップＦ： このステップにおいては、ステップＤおよびステップＥ
において、検出強度値が予め設定されたレベルにもとづ
く条件を満したと判断された各回折Ｘ線の強度ピークの
各検出ブロードについて、Ｘ線入射角度９点のすべての
ものの立上り勾配がシャープで、明確に強度ピークと認
められるか否かを、予め設定された設定ブロードと比較
する。
において、検出強度値が予め設定されたレベルにもとづ
く条件を満したと判断された各回折Ｘ線の強度ピークの
各検出ブロードについて、Ｘ線入射角度９点のすべての
ものの立上り勾配がシャープで、明確に強度ピークと認
められるか否かを、予め設定された設定ブロードと比較
する。
【００４９】強度ピークの検出ブロードが設定ブロード
以上になっていると判断されるものが、Ｘ線入射角度９
点のうち１点もなければステップＨに進む。
以上になっていると判断されるものが、Ｘ線入射角度９
点のうち１点もなければステップＨに進む。
【００５０】強度ピークの検出ブロードが設定ブロード
以上になっていると判断されるものが、Ｘ線入射角度９
点のうち１点でもあれば、データ処理は無用となりステ
ップＧに進む。
以上になっていると判断されるものが、Ｘ線入射角度９
点のうち１点でもあれば、データ処理は無用となりステ
ップＧに進む。
【００５１】ステップＧ： このステップにおいては、視覚または聴覚による警告を
発して強度ピークに設定ブロード以上のものがある旨を
オペレータに知らせ、同時にデータはステップＢに戻さ
れ、Ｘ線の条件が再設定され、且つ再度強度ピークが測
定される。
発して強度ピークに設定ブロード以上のものがある旨を
オペレータに知らせ、同時にデータはステップＢに戻さ
れ、Ｘ線の条件が再設定され、且つ再度強度ピークが測
定される。
【００５２】ステップＨ： このステップにおいては、各回折Ｘ線の強度ピークが予
め設定されたレベル条件を満たす検出強度値を有し、且
つ設定ブロード以上のものが皆無であることにより、Ｘ
線入射角度９点の各測定値はデータ処理され演算され
る。
め設定されたレベル条件を満たす検出強度値を有し、且
つ設定ブロード以上のものが皆無であることにより、Ｘ
線入射角度９点の各測定値はデータ処理され演算され
る。
【００５３】ステップＩ： このステップにおいては、ステップＨにおいて演算され
た被測定金属部材の残留応力が測定結果として出力され
る。
た被測定金属部材の残留応力が測定結果として出力され
る。
【００５４】ステップＪ： このステップにおいては、ステップＡからステップＩに
至る各段階の処理または判断を、同一試料または他の試
料に継続して行うか否かを判断する。
至る各段階の処理または判断を、同一試料または他の試
料に継続して行うか否かを判断する。
【００５５】なお、図３に示されるフローチャートにて
表される実施例では、各回折Ｘ線の強度ピークについて
先づ検出強度値を知り、しかる後設定ブロード以上のも
のの存否を検認しているが、この実施例の変形として、
図３に示されるフローチャートにおけるステップＤおよ
びＥとステップＦとを互換し、強度ピークの検出ブロー
ド中に設定ブロード以上となるものの存否を先づ検認
し、しかる後強度値のデータが予め設定されたレベルに
対して前記条件を満たすか否かについて判断するものと
してもよい。
表される実施例では、各回折Ｘ線の強度ピークについて
先づ検出強度値を知り、しかる後設定ブロード以上のも
のの存否を検認しているが、この実施例の変形として、
図３に示されるフローチャートにおけるステップＤおよ
びＥとステップＦとを互換し、強度ピークの検出ブロー
ド中に設定ブロード以上となるものの存否を先づ検認
し、しかる後強度値のデータが予め設定されたレベルに
対して前記条件を満たすか否かについて判断するものと
してもよい。
【００５６】実施例２ 図３のフローチャートに示されるような本発明の実施例
において、被測定金属部材の残留応力生成部位に照射さ
れるＸ線は、測定のパラメータとなる回折Ｘ線の強度ピ
ークの発生および強度ピークの状態に大きな影響を及ぼ
す。
において、被測定金属部材の残留応力生成部位に照射さ
れるＸ線は、測定のパラメータとなる回折Ｘ線の強度ピ
ークの発生および強度ピークの状態に大きな影響を及ぼ
す。
【００５７】したがって、本発明においてＸ線により残
留応力を測定するに際しては、測定が最適条件で行える
ようにＸ線の照射条件、すなわちＸ線のパルス数および
コリメータの選択によるＸ線の照射面積を設定しなけれ
ばならない。
留応力を測定するに際しては、測定が最適条件で行える
ようにＸ線の照射条件、すなわちＸ線のパルス数および
コリメータの選択によるＸ線の照射面積を設定しなけれ
ばならない。
【００５８】Ｘ線の照射面積は測定領域の部材形状によ
り、例えば平面または彎曲面等の場合は直径２ｍｍ程
度、歯型材の底部等の場合は直径０．５ｍｍ程度の円が
適当とされている。このようなＸ線の照射面積に対応す
るＸ線のパルス数が、もしも任意に選択されるものであ
るとすればＸ線勢力が前述したような測定に最適な条件
に特定されることが困難である。
り、例えば平面または彎曲面等の場合は直径２ｍｍ程
度、歯型材の底部等の場合は直径０．５ｍｍ程度の円が
適当とされている。このようなＸ線の照射面積に対応す
るＸ線のパルス数が、もしも任意に選択されるものであ
るとすればＸ線勢力が前述したような測定に最適な条件
に特定されることが困難である。
【００５９】したがって、残留応力の良好な測定データ
を得るためには、先づ被測定金属部材の測定領域に対応
した照射面積が得られるコリメータを選択し、次いでそ
のコリメータによる照射面積に相応したパルス数のＸ線
とすることにより最適条件に設定されたＸ線の照射が可
能となる。
を得るためには、先づ被測定金属部材の測定領域に対応
した照射面積が得られるコリメータを選択し、次いでそ
のコリメータによる照射面積に相応したパルス数のＸ線
とすることにより最適条件に設定されたＸ線の照射が可
能となる。
【００６０】この実施例は、実施例１の金属部材の応力
測定方法に、前述したようなＸ線の最適条件の設定手段
を付加したものとなっている。
測定方法に、前述したようなＸ線の最適条件の設定手段
を付加したものとなっている。
【００６１】図３に示されるフローチャートのステップ
Ａにおいて行われるＸ線の設定は、図４に示されるフロ
ーチャートに表されるようにして行われる。Ｘ線応力測
定装置におけるＸ線照射部の操作をステップごとに説明
する。
Ａにおいて行われるＸ線の設定は、図４に示されるフロ
ーチャートに表されるようにして行われる。Ｘ線応力測
定装置におけるＸ線照射部の操作をステップごとに説明
する。
【００６２】ステップａ1 ： このステップにおいては、被測定金属部材の形状に応じ
てその測定領域に相応するＸ線照射面積が得られるコリ
メータが装着されているか否かを判断する。
てその測定領域に相応するＸ線照射面積が得られるコリ
メータが装着されているか否かを判断する。
【００６３】測定領域の形状に対し、適当な照射面積が
得られるコリメータである時はステップａ3 に進む。
得られるコリメータである時はステップａ3 に進む。
【００６４】コリメータが不適当で適正な照射面積が得
られない時はステップａ2 に進む。 ステップａ2 ： このステップにおいては、不適当なコリメータから、測
定領域の形状に対し適当な照射面積が得られるコリメー
タに交換し、ステップａ3 に進む。
られない時はステップａ2 に進む。 ステップａ2 ： このステップにおいては、不適当なコリメータから、測
定領域の形状に対し適当な照射面積が得られるコリメー
タに交換し、ステップａ3 に進む。
【００６５】ステップａ3 ： このステップにおいては、ステップａ1 またはステップ
ａ2 において選択されたコリメータにより与えられる照
射面積について、残留応力の測定が最適条件のもとに行
えるＸ線のパルス数となっているか否かを判断する。
ａ2 において選択されたコリメータにより与えられる照
射面積について、残留応力の測定が最適条件のもとに行
えるＸ線のパルス数となっているか否かを判断する。
【００６６】このステップａ3 における判断は、Ｘ線の
パルス数と、被照射体に印加されるＸ線勢力の定常状態
に対するバラツキの大きさとの関係により好適パルス数
を知ることにより行われる。
パルス数と、被照射体に印加されるＸ線勢力の定常状態
に対するバラツキの大きさとの関係により好適パルス数
を知ることにより行われる。
【００６７】図５に示されるような、上記パルス数とバ
ラツキの大きさとの関係を表すグラフを用いることによ
り、バラツキがほぼ一定値に収斂するパルス数を、選択
されたコリメータの直径（Ｘ線の照射面積）のカーブに
したがって求めることになる。 図５に示されるカーブ
によれば、コリメータの直径が０．５ｍｍの時は７００
０パルス以上、コリメータの直径が１ｍｍの時は６００
０パルス以上、コリメータの直径が２ｍｍの時は１００
０〜２０００パルス以上のパルス数のＸ線を用いること
が好ましい。
ラツキの大きさとの関係を表すグラフを用いることによ
り、バラツキがほぼ一定値に収斂するパルス数を、選択
されたコリメータの直径（Ｘ線の照射面積）のカーブに
したがって求めることになる。 図５に示されるカーブ
によれば、コリメータの直径が０．５ｍｍの時は７００
０パルス以上、コリメータの直径が１ｍｍの時は６００
０パルス以上、コリメータの直径が２ｍｍの時は１００
０〜２０００パルス以上のパルス数のＸ線を用いること
が好ましい。
【００６８】ステップａ3 において、パルス数が適当で
あると判断された場合は、前述したような実施例１のＸ
線セットが適正に行われていることとなり、以後は図３
に示されるフローチャートが表すステップにしたがって
残留応力が測定される。
あると判断された場合は、前述したような実施例１のＸ
線セットが適正に行われていることとなり、以後は図３
に示されるフローチャートが表すステップにしたがって
残留応力が測定される。
【００６９】パルス数が適当でないと判断された場合は
ステップａ4 に進む。
ステップａ4 に進む。
【００７０】ステップａ4 ： このステップにおいては、使用されるコリメータにより
得られる照射面積に対し、所要のＸ線勢力が印加される
ようにＸ線のパルス数がセットされる。適正なパルス数
のＸ線がセットされると、以後は図３に示されるフロー
チャートが表すステップにしたがって残留応力が測定さ
れることになる。
得られる照射面積に対し、所要のＸ線勢力が印加される
ようにＸ線のパルス数がセットされる。適正なパルス数
のＸ線がセットされると、以後は図３に示されるフロー
チャートが表すステップにしたがって残留応力が測定さ
れることになる。
【００７１】実施例１または実施例２に例示されるよう
なステップによる金属部材の残留応力を測定する方法で
は、複数の角度、例えば９点からの入射Ｘ線の回折Ｘ線
の強度ピークが設定ブロード以上であったり所定レベル
に対して一定の強度値条件を満さない時には、データ処
理することなく次の測定に入ることになるから、残留応
力の測定に要する総時間は著しく短縮できる。
なステップによる金属部材の残留応力を測定する方法で
は、複数の角度、例えば９点からの入射Ｘ線の回折Ｘ線
の強度ピークが設定ブロード以上であったり所定レベル
に対して一定の強度値条件を満さない時には、データ処
理することなく次の測定に入ることになるから、残留応
力の測定に要する総時間は著しく短縮できる。
【００７２】実施例３ 本発明の金属部材の応力測定方法によれば、被測定金属
部材の残留応力を測定し、その測定値に基づいて金属部
材の疲労強度を算定することが可能となる。
部材の残留応力を測定し、その測定値に基づいて金属部
材の疲労強度を算定することが可能となる。
【００７３】特に金属部材がアルミニウム合金製部材で
ある時には、残留応力による疲労強度の算定を精度よく
行うことが可能である。
ある時には、残留応力による疲労強度の算定を精度よく
行うことが可能である。
【００７４】被測定金属部材として、鍛造材（Ａ６０６
１）、鋳造材（ＡＣ４Ｃ）、急冷凝固粉末合金および複
合剤（ＳｉＣ分散強化）の４種類のアルミニウム合金製
部材を選択した。これらの合金はそれぞれの特性上、ア
ルミニウム合金の全般的な傾向を代表するものである。
１）、鋳造材（ＡＣ４Ｃ）、急冷凝固粉末合金および複
合剤（ＳｉＣ分散強化）の４種類のアルミニウム合金製
部材を選択した。これらの合金はそれぞれの特性上、ア
ルミニウム合金の全般的な傾向を代表するものである。
【００７５】これらの各アルミニウム合金製部材に、シ
ョットピーニング（アークハイト量０．１〜０．２ｍ
ｍ）加工を施し、各表面部に残留（圧縮）応力を生成さ
せた。各部材は電解研磨法により表面から２０μｍの深
さまで研磨し、その部位における残留応力を実施例１ま
たは２の方法により測定する。
ョットピーニング（アークハイト量０．１〜０．２ｍ
ｍ）加工を施し、各表面部に残留（圧縮）応力を生成さ
せた。各部材は電解研磨法により表面から２０μｍの深
さまで研磨し、その部位における残留応力を実施例１ま
たは２の方法により測定する。
【００７６】ところで、残留圧縮応力と疲労強度の向上
値とは互に相関関係があることが知られているが、特
に、アルミニウム合金の場合には図６に示すように、残
留圧縮応力と疲労強度の向上値とには直線的な関係が存
在する。
値とは互に相関関係があることが知られているが、特
に、アルミニウム合金の場合には図６に示すように、残
留圧縮応力と疲労強度の向上値とには直線的な関係が存
在する。
【００７７】したがって、このようなアルミニウム合金
製部材が有する特性により、残留応力の測定値から疲労
強度の向上値ＵＳが容易に得られる。
製部材が有する特性により、残留応力の測定値から疲労
強度の向上値ＵＳが容易に得られる。
【００７８】一方、各アルミニウム合金製部材について
は、その部材ごとに疲労特性曲線が実測にもとづいて既
知となっていることから、この曲線により算定しようと
する繰返し数におけるその材料本来の疲労強度ＯＳが得
られる。
は、その部材ごとに疲労特性曲線が実測にもとづいて既
知となっていることから、この曲線により算定しようと
する繰返し数におけるその材料本来の疲労強度ＯＳが得
られる。
【００７９】その結果、次式により、例えばショットピ
ーニング加工により表面部を硬化したアルミニウム合金
製部材の疲労強度ＳＳを算定することが可能である。
ーニング加工により表面部を硬化したアルミニウム合金
製部材の疲労強度ＳＳを算定することが可能である。
【００８０】ＳＳ＝ＯＳ＋ＵＳ なお、この実施例における、残留応力の測定にもとづく
疲労強度の算定の精度は、残留応力が最大値となる部位
において残留応力が測定される場合に最も向上すること
が明らかとなった。
疲労強度の算定の精度は、残留応力が最大値となる部位
において残留応力が測定される場合に最も向上すること
が明らかとなった。
【００８１】
【発明の効果】以上説明したように、請求項１〜３の発
明に係る金属部材の応力測定方法によると、各回折Ｘ線
が示す強度ピークに含まれる検出強度値および検出ブロ
ードが、予め設定された設定強度値および設定ブロード
に対比して許容される被測定金属部材についてのみデー
タ処理を行うことにより、複数の角度からの入射に対応
する各回折Ｘ線の強度ピーク中に、設定ブロード以上の
ものが１点でもある時および設定レベルに対して一定条
件を満す検出強度値のものが限定数以上ない時はデータ
処理から排除される。したがって、回折Ｘ線の強度ピー
クの状態に拘らず、すべてのデータにつき演算すること
がないから測定を効率良く行うことができ、且つ信頼性
の高い測定ができる。
明に係る金属部材の応力測定方法によると、各回折Ｘ線
が示す強度ピークに含まれる検出強度値および検出ブロ
ードが、予め設定された設定強度値および設定ブロード
に対比して許容される被測定金属部材についてのみデー
タ処理を行うことにより、複数の角度からの入射に対応
する各回折Ｘ線の強度ピーク中に、設定ブロード以上の
ものが１点でもある時および設定レベルに対して一定条
件を満す検出強度値のものが限定数以上ない時はデータ
処理から排除される。したがって、回折Ｘ線の強度ピー
クの状態に拘らず、すべてのデータにつき演算すること
がないから測定を効率良く行うことができ、且つ信頼性
の高い測定ができる。
【００８２】測定時の回折Ｘ線の強度ピークの測定デー
タの動向により、測定時における被測定金属部材への異
物付着を検知できる効果も併せ有する。
タの動向により、測定時における被測定金属部材への異
物付着を検知できる効果も併せ有する。
【００８３】特に、請求項２の発明によると、金属部
材、特に車両強度部材として有用されるアルミニウム合
金部材の耐久性を精度良く算定することが可能となり、
車両等の軽量化または小型化に貢献する。
材、特に車両強度部材として有用されるアルミニウム合
金部材の耐久性を精度良く算定することが可能となり、
車両等の軽量化または小型化に貢献する。
【図１】各Ｘ線入射角における回折Ｘ線の強度ピークが
良好な状態を示す図で、（Ａ）は強度ピークがシャープ
な状態、（Ｂ）はその場合の強度値が均斉した状態をそ
れぞれ示す図である。
良好な状態を示す図で、（Ａ）は強度ピークがシャープ
な状態、（Ｂ）はその場合の強度値が均斉した状態をそ
れぞれ示す図である。
【図２】各Ｘ線入射角における回折Ｘ線の強度ピークが
不良な状態を示す図で、（Ａ）は強度ピークがブロード
な状態、（Ｂ）はその場合の強度ピークの強度値が捕捉
できない状態をそれぞれ示す図である。
不良な状態を示す図で、（Ａ）は強度ピークがブロード
な状態、（Ｂ）はその場合の強度ピークの強度値が捕捉
できない状態をそれぞれ示す図である。
【図３】本発明の一実施例を示すフローチャートであ
る。
る。
【図４】本発明の一実施例における要部の操作を示すフ
ローチャートである。
ローチャートである。
【図５】照射されるＸ線の各照射面積について、Ｘ線の
パルス数とＸ線勢力のバラツキとの関係を示すグラフで
ある。
パルス数とＸ線勢力のバラツキとの関係を示すグラフで
ある。
【図６】アルミニウム合金製部材における残留圧縮応力
と疲労強度の向上値との関係を示すグラフである。
と疲労強度の向上値との関係を示すグラフである。
【図７】従来例における疲労強度測定用試験片の正面図
である。
である。
１ 残留応力生成部 ２ 切出し試験片
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G01L 1/00 G01N 23/20 G01L 1/25
Claims (3)
- 【請求項１】 外力に起因して金属部材の表面部に生ず
る残留応力をＸ線の照射により測定する金属部材の応力
測定方法であって、Ｘ線入射を互に異る複数の角度から
行い、且つ上記複数の角度からのＸ線入射における各回
折Ｘ線の強度ピークを検出し、各角度ごとの回折Ｘ線の
強度ピークが示す複数の検出強度値および検出ブロード
を、予め設定された設定強度値および設定ブロードとそ
れぞれ比較し、上記複数の検出強度値のうち設定強度値
以上のものが所定数以上あり、且つ検出ブロードが設定
ブロード未満である場合にのみ残留応力を演算すること
を特徴とする金属部材の応力測定方法。 - 【請求項２】 上記残留応力が測定される金属部材はア
ルミニウム合金製部材であり、測定される残留応力から
疲労強度の向上値を求めることにより疲労強度を算定す
ることを特徴とする請求項１に記載の金属部材の応力測
定方法。 - 【請求項３】 Ｘ線の照射条件として、被測定金属部材
の測定領域に対応した照射面積が得られるコリメータを
選択し、そのコリメータによる照射面積に相応したパル
ス数のＸ線を設定することを特徴とする請求項１に記載
の金属部材の応力測定方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3234866A JP2833675B2 (ja) | 1991-09-13 | 1991-09-13 | 金属部材の応力測定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3234866A JP2833675B2 (ja) | 1991-09-13 | 1991-09-13 | 金属部材の応力測定方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0572061A JPH0572061A (ja) | 1993-03-23 |
| JP2833675B2 true JP2833675B2 (ja) | 1998-12-09 |
Family
ID=16977571
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3234866A Expired - Fee Related JP2833675B2 (ja) | 1991-09-13 | 1991-09-13 | 金属部材の応力測定方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2833675B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008232772A (ja) * | 2007-03-20 | 2008-10-02 | Chuo Motor Wheel Co Ltd | 鋳物のｘ線残留応力測定方法 |
| CN102169033B (zh) * | 2010-12-08 | 2013-04-03 | 北京科技大学 | 一种铝合金板材内部残余应力定点无损检测方法 |
| JP7344841B2 (ja) | 2020-06-02 | 2023-09-14 | 株式会社神戸製鋼所 | 残留応力測定方法 |
-
1991
- 1991-09-13 JP JP3234866A patent/JP2833675B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0572061A (ja) | 1993-03-23 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| James et al. | Residual stresses and fatigue performance | |
| Tönshoff et al. | Determination of the mechanical and thermal influences on machined surfaces by microhardness and residual stress analysis | |
| Prevéy | X-ray diffraction characterization of residual stresses produced by shot peening | |
| Holmberg et al. | Grit blasting for removal of recast layer from EDM process on Inconel 718 shaft: an evaluation of surface integrity | |
| JP2833675B2 (ja) | 金属部材の応力測定方法 | |
| Wang et al. | Turning/Shot peening of Nickel-based powder metallurgy superalloy: Effect on surface integrity and high-temperature low-cycle fatigue properties | |
| Sampath et al. | Non-contact measurements of residual stress distribution and grain size in titanium alloys with laser ultrasonic system | |
| Pinakhin et al. | Investigation into physicomechanical properties of VK6, VK8, and T5K10 hard alloys after volumetric pulsed laser hardening | |
| US5172580A (en) | Non-destructive determination of surface cold work due to a shot peening operation | |
| Bławucki et al. | The effect of the aluminium alloy surface roughness on the restitution coefficient | |
| Ruud | Residual stress measurements | |
| Muruganandam | Influence of post weld heat treatment in friction stir welding of AA6061 and AZ61 alloy | |
| Yang et al. | Weld residual stress measurement using portable XRD equipment in a shipyard environment | |
| US6727690B2 (en) | Test method for determining imminent failure in metals | |
| Garrod et al. | X-ray stress analysis on plastically deformed metals | |
| Genzel et al. | Energy-dispersive X-ray stress analysis under geometric constraints: exploiting the material's inherent anisotropy | |
| Schlosberg et al. | The plastic zone and residual stress near a notch and a fatigue crack in HSLA steel | |
| Lopez-Crespo et al. | Estimation of the Plastic Zone in Fatigue via Micro-Indentation. Materials 2021, 14, 5885 | |
| Mokolobate | Comparative Analysis of Shot and Laser Shock Peening in 7075 Aluminium Alloy | |
| EP4191224A1 (en) | Method and system for determining the structure of a conductive material | |
| Somov et al. | On Some Aspects of the Structure-Property Relationships in SLM 3D-Printed Aluminum Alloy Parts | |
| Amjad | Study of Residual Stresses Around Cold-Expanded Holes | |
| Cammet | Quality assurance of shot peening by automated surface and subsurface residual stress measurement | |
| Peel | The friction-stir welding of dissimilar aluminium alloys | |
| Dull et al. | Weld Residual Stress Measurement in a Shipyard Environment |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 19980908 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20081002 Year of fee payment: 10 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091002 Year of fee payment: 11 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |