JP3223596B2 - 金属材料内の変形挙動検出方法及び装置 - Google Patents
金属材料内の変形挙動検出方法及び装置Info
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Description
力等の交流磁化特性変化から当該金属材料内の変形挙動
を非破壊的に検出する方法及びこの方法を実現する強度
試験装置に関する。
なる2相ステンレス鋼は、塩化物環境下で優れた耐孔食
性を有し、近年、海水等の厳しい腐食環境にさらされる
機械部材に多用されつつある。しかし、強度部材として
みた場合、その内部の変形挙動は必ずしも明らかでな
い。そこで、このような金属材料内の変形挙動を非破壊
的に検出する方法が種々試みられている。
従来、X線回折法により当該金属材料のX線半価幅変化
を測定する方法や、塑性変形に伴う加工硬化現象を利用
して硬さ変化、例えばビッカース硬さを測定する方法
(日本材料学会、第26回X線材料強度に関するシンポ
ジウム講演論文集、1989年、P128〜133、「2相ス
テンレス鋼の引張塑性変形と硬さ、X線半価幅変化」、
小賀正樹、河上 護 外2名)等が知られている。
応力)を非破壊的に計測する方法として、X線応力測定
法、即ちX線回折ピーク位置のシフト量から応力を算定
する方法が従来より採用されている。
来方法のうち、X線半価幅法では、測定に要する時間が
一つの回折パターンで約2〜3分と長く、しかも塑性変
形初期の検出感度、測定精度が著しく悪い欠点があっ
た。
はいうものの、実際には試料表面に小さな圧痕(傷)が
つく欠点があり、しかも、硬さ測定にて金属材料の異方
性を検出することは困難であった。
出する装置も大掛かり且つ高価となる欠点があり、更
に、X線源は人体に有害であることから、いわゆる現場
向きの計測方法たり得ない問題があった。
らは、金属材料、特に磁性体の交流磁化特性の変化とそ
の塑性伸びとの間に密接な関係があることに着目し、こ
の磁性体の交流磁化特性の変化量を検出することで、当
該磁性体内に生じる変形挙動や異方性等を間接的に検出
する強度試験装置を開発した。
度の磁界が発生する単板磁気試験器と、この単板磁気試
験器に交流電圧を供給する交流電源と、前記単板磁気試
験器で検出された前記金属材料の鉄損、保磁力、励磁実
効電流、励磁実効電力の少なくともいずれかのパラメー
タを読出可能に記憶するメモリ装置と、検出されたパラ
メータの現在値と前記メモリ装置に記憶されたそのパラ
メータの初期値とを比較してその偏差を当該金属材料の
特性変化量に対応させる特性変化量演算手段とを備えて
いる。
ーク、励磁コイル、磁界の強さ検出コイル(Hコイ
ル)、磁束検出コイル(Bコイル)を具備するもので、
その具体的構成及び動作原理は、日本電機工業会規格
(以下、JEM)1432の「単板磁気試験方法」に詳
細に記載されている。
出するときは、まず、前記単板磁気試験器の磁場に応力
をかけた後、除荷した状態の金属材料を装着する。そし
て当該金属材料の鉄損、保磁力、励磁実効電流、励磁実
効電力の少なくともいずれかのパラメータを検出し、こ
の検出パラメータの予め求めておいた初期値からの偏差
を演算してこの演算値を当該金属材料の塑性変形量に対
応させる。これにより金属材料内の変形挙動が間接的に
把握される。
波数が50〜1000[HZ]、磁束密度が0.1〜1.
8[T]の範囲でより有効となる。
9J2L:以下、試料)内の変形挙動検出に適用した場
合の実施例を図面を参照して説明する。
ック図で、1は金属材料(試料)、2は単板磁気試験
器、3は交流電源、4はアンプフィルタ、5はデジタル
メモリ、6はパーソナルコンピュータ装置(以下パソコ
ン)である。
するもので、図2に示すように、磁束検出コイル(Bコ
イル)及び一対の磁界の強さ検出コイル(Hコイル)を
有するコイル部21と端子板22とを少なくとも備えて
おり、コイル部21には試料1を貫装するための試料装
着部が設けられている。
及び端子板22を介して交流電源3が接続されており、
所定周波数の交流電圧が供給される。また、Bコイルと
Hコイルの出力(CH1,CH2)は、端子板22を経てアン
プフィルタ4で、Bコイルの出力は積分後増幅され、H
コイルの出力は増幅されてデジタルメモリ5に呼び込ま
れ、メモリに記憶される。パソコン6は汎用の演算処理
プログラムにより作動するもので、デジタルメモリ5に
記憶されたデータに基づいて所定の演算及びデータ照合
を行う(偏差演算手段)。
100×500[mm]と規定しているが、本実施例で
用いる試料1は、これより小型で引張負荷時にも対応可
能な板状又は棒状のものとする。
前に、試料1の交流磁化特性と塑性変形との関係を図3
〜図6を用いて説明する。なお、図3〜図6の各データ
は、試料1に引張負荷(応力)をかけた後、除荷状態に
て計測したものである。
て圧延方向及び圧延直角方向に引張負荷をかけるととも
に、このときの交流磁化特性、即ちヒステリシスルー
プ、鉄損、保磁力、励磁実効電流、励磁実効電力(V
A)を求める。
の周波数が400[HZ]の場合のヒステリシスループ
を図3に、50及び400[HZ]の周波数で磁束密度
を0.1〜1.0[T]の範囲で変えて測定した鉄損[W
/kg]及び保磁力[A/m]と引張応力σ[MPa]
との関係を図4(a)〜(e)に、同一の条件下で測定
した励磁実効電流[A/m]及び励磁実効電力[VA/
kg]と引張応力σ[MPa]との関係を図5(a)〜
(e)に示す。また、引張応力σ[MPa]とこのとき
の実際の塑性伸びεP[%]との関係を図6に夫々示
す。
生する磁性体(試料1)の損失で、主にヒステリシス損
と渦電流損との合計値より求めることができる。また、
「保磁力」とは、ヒステリシスループにおいて磁束密度
B[T]が0になるときの磁界の強さH[A/m]で表
される。更に、「励磁実効電流」とは、交番磁界におけ
る励磁電流実効値であり、「励磁実効電力」は励磁実効
電流と励磁実効電圧との積で表されるものである。
[MPa]未満では塑性伸びがなく、いわゆる弾性変形
範囲にあることがわかる。また、600[MPa]を超
えると急激に塑性伸びが増加し、しかも圧延方向と圧延
直角方向とでは塑性伸びの程度が異なることがわかる。
弾性塑性範囲ではいずれの場合もあまり変化しないが、
塑性変化初期に急激な値の上昇が見られる。また、図4
(a)〜(e)を参照すると、高周波数で低磁束密度ほ
ど小さな塑性変形点にて特性が飽和し、しかも高周波数
になるほど圧延方向と圧延直角方向との差が顕著に表れ
る。即ち異方性が顕著になる傾向がある。
周波数で高磁束密度になるほど小さな塑性変形点にて特
性が飽和する傾向が見られる。また、弾性変形範囲内で
あっても明らかに下り傾斜を描いており、これが当該範
囲内の弾性残留歪(応力)の変化と対応関係にあること
がわかる。
接な関係にあり、交流磁化特性のうち少なくとも一つの
パラメータが検出できればそのときの塑性変形量(残留
歪みを含む)や異方性が間接的に定まる。
上記関係を利用して試料1の塑性変形等を非破壊に検出
するものである。
部(磁場)に試料1を装着し、当該試料1に関する磁化
特性データを検出する。検出されたデータはアンプフィ
ルタ4で整形されてデジタルメモリ5に導かれる。この
デジタルメモリ5はRAMで構成され、入力された磁化
特性データを所定アドレスに記憶するとともに要求に応
じてこれを読み出してパソコン6に送る。パソコン6で
はデジタルメモリ5から読み出した磁化特性データに基
づいて当該試料1の鉄損、保磁力、励磁実効電流、励磁
実効電力の照合及び演算を行い、この演算データを検出
パラメータとすると共に予め求めた当該パラメータの初
期値と比較してその偏差を演算する。
性伸びや異方性とほぼ対応するので、予めデジタルメモ
リ5又はパソコン6の本体メモリにその対応関係を記憶
させておくことで、検出パラメータに基づいて試料1の
異方性、塑性変形、特に初期塑性変形を容易且つ高感度
に検出することができる。
00[HZ]、磁束密度が0.1〜1.8[T]の範囲で
より有効となる。また、検出パラメータは少なくとも一
種類のもので足りるが、複数のものを組み合わせて利用
することで、より正確な検出が可能となる。なお、磁束
密度が1.8T以上では、鉄心飽和のため、波形歪みが
大きく、精度が低下する。
時間TSは、交流電圧の周期(周波数fの逆数)にパソ
コン6の処理時間が加わる程度の極めて短い時間であ
り、従来のX線半価幅法による場合に比べて1/2以下
で済む。また、この強度試験装置は、汎用のパソコンや
メモリにて構成できるので、従来のX線回折装置等を用
いた場合に比べて1/3以下の低コスト化が図れる。
レス鋼を用いたが、磁性体であれば上記効果が得られる
ので、上記材料に拘束されないのは勿論である。
性変形検出方法では、単板磁気試験器の磁場に金属材料
を装着して当該金属材料の鉄損、保磁力、励磁実効電
流、励磁実効電力の少なくともいずれかのパラメータを
検出し、検出パラメータの初期値からの変化量を当該金
属材料の塑性変形量に対応させたので、金属材料内の塑
性変形(残留歪みを含む)や異方性を非破壊で高感度に
検出することができる。この方法は、塑性変形点に拘わ
らずその検出が可能なので、従来は困難であった金属材
料の初期塑性変形を容易に検出することができ、この種
の強度試験にとって極めて有効な手法となり得る。
置を汎用のメモリ装置や偏差演算手段にて構成したの
で、検出処理の高速化と低コスト化を同時に実現するこ
とができ、しかも従来のように人体に有害なX線を使用
しないので、汎用性に富む強度試験装置を提供すること
ができる。
成図。
部構造図。
ループの一例。
た鉄損[W/kg]及び保磁力[A/m]と引張応力σ
[MPa]との関係を示す図。
[A/m]及び励磁実効電力[VA/kg]と引張応力
σ[MPa]との関係を示す図。
P[%]との関係を示す図。
Claims (4)
- 【請求項1】 交流電圧印加時に所定磁束密度の磁界が
発生する単板磁気試験器を用いた金属材料内の変形挙動
検出方法であって、前記単板磁気試験器の磁場に応力を
かけた後、除荷した状態の金属材料を装着して当該金属
材料の鉄損、保磁力、励磁実効電流、励磁実効電力の少
なくともいずれかのパラメータを検出し、予め求めてお
いた検出パラメータの初期値からの変化量を当該金属材
料の塑性変形量に対応させたことを特徴とする金属材料
内の変形挙動検出方法。 - 【請求項2】 前記交流電圧は、50〜1000
[HZ]の周波数の電圧であることを特徴とする請求項
1記載の金属材料内の変形挙動検出方法。 - 【請求項3】 前記磁束密度は、0.1〜1.8[T]で
あることを特徴とする請求項1又は2記載の金属材料内
の変形挙動検出方法。 - 【請求項4】 請求項1ないし3記載の変形挙動検出方
法を実現する装置であって、前記単板磁気試験器に交流
電圧を供給する交流電源と、前記単板磁気試験器で検出
された前記金属材料の鉄損、保磁力、励磁実効電流、励
磁実効電力の少なくともいずれかのパラメータを読出可
能に記憶するメモリ装置と、検出されたパラメータの現
在値と前記メモリ装置に記憶されたそのパラメータの初
期値とを比較してその偏差を当該金属材料の塑性変形量
に対応させる偏差演算手段とを備えたことを特徴とする
金属材料の強度試験装置。
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- 1992-09-29 JP JP25921492A patent/JP3223596B2/ja not_active Expired - Fee Related
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