JP3224053B2 - 耐熱金属の非破壊試験方法及び装置 - Google Patents

耐熱金属の非破壊試験方法及び装置

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JP3224053B2 JP12561093A JP12561093A JP3224053B2 JP 3224053 B2 JP3224053 B2 JP 3224053B2 JP 12561093 A JP12561093 A JP 12561093A JP 12561093 A JP12561093 A JP 12561093A JP 3224053 B2 JP3224053 B2 JP 3224053B2
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博 服部
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は耐熱金属の非破壊試験方
法及び装置に関する。
【0002】
【従来の技術】ジェットエンジンを構成する多くの耐熱
金属部品は、使用中高温に晒され金属組成が徐々に変化
し高温強度が低下する。従って、エンジンの信頼性を維
持するために、オーバーホール時の検査が必要となる。
しかし、超音波法、磁気的方法、電気抵抗法、電気化学
的方法、等の周知の非破壊試験手段は、ボイラ、蒸気タ
ービン等に多用される比較的低温用耐熱金属(例えばフ
ェライト鋼やステンレス鋼)には適用できるが、ジェッ
トエンジンに多用される高温(例えば550℃以上)用
の耐熱金属、例えばニッケルを主成分とする析出強化型
合金では、未だ学術的に確立されておらず、複雑な形状
を有するものには適用できなかった。そのため、例えば
タービンブレード等の検査では、多数の同一部品のうち
いくつかを実際に切断試験して残りの部品全体の強度を
検査する手段が取られていた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、部品を実際に
切断して検査する手段は、大型部品に適用すると再使用
が困難である問題点があった。例えば図5に示すような
タービンディスクは、ボア部、ダブテール部、カービッ
ク、ラビリンスシール部、等からなる複雑な一体部品で
あり、ボア部は400℃程度の温度にしか晒されないた
め金属組織にほとんど変化は生じないが、ダブテール部
は550〜700℃の高温に長時間さらされるため、金
属組織が変化し高温強度が低下する。従って、ダブテー
ル部が非破壊試験により検査できれば長期使用が可能で
あるにもかかわらず、従来は、早期交換を行わざるを得
なかった。かかる問題点を解決するため、部品の表面の
硬さを測定して材料の強度低下を予測する手段が一部で
行なわれている。しかし、かかる手段では、測定値が大
きくばらつきかつ強度低下による硬さの低下が10%程
度にすぎないため、検出感度が低く予測値の精度が悪い
問題点があった。また、この硬さ測定により材料に圧痕
が残るため、測定後に圧痕の除去加工が必要になる問題
点があった。
【0004】本発明はかかる問題点を解決するために創
案されたものである。すなわち、本発明の目的は、耐熱
金属に適用することができ、部品に痕跡を残すことなく
材料の強度低下を検査することができる耐熱金属の非破
壊試験方法及び装置を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、2セッ
トの温度の異なる対のプローブを備え、2セットの該プ
ローブの対を耐熱金属の強度が低下した測定部分と強度
が低下しない基準部分とに接触させ、2セットの前記対
のプローブ間の熱起電力をそれぞれ同時に測定し、測定
された2つの熱起電力の比から測定部分の強度低下を演
算する、ことを特徴とする耐熱金属の非破壊試験方法が
提供される。更に本発明によれば、2セットの温度の異
なる対のプローブを有し、2セットの該プローブの対を
耐熱金属に接触させるようになった接触部と、前記2セ
ットの対のプローブ間の熱起電力を同時に測定する測定
部と、測定された2つの熱起電力から材料の強度低下を
演算する演算部とを有することを特徴とする耐熱金属の
非破壊試験装置が提供される。更に本発明の好ましい実
施例によれば、同一の部品の耐熱金属の非破壊試験方法
であって、温度の異なる対のプローブを備え、該プロー
ブの対を前記部品の耐熱金属の強度が低下した測定部分
と強度が低下しない基準部分とに接触させ、前記対のプ
ローブ間の熱起電力をそれぞれ測定し、測定された2つ
の熱起電力の比から測定部分の強度低下を演算する、こ
とを特徴とする耐熱金属の非破壊試験方法が提供され
る。更に本発明の好ましい実施例によれば、同一の部品
の耐熱金属の非破壊試験装置であって、温度の異なる対
のプローブを有し、該プローブの対を前記部品の耐熱金
属に接触させるようになった接触部と、前記対のプロー
ブ間の熱起電力を測定する測定部と、測定された熱起電
力から材料の強度低下を演算する演算部とを有すること
を特徴とする耐熱金属の非破壊試験装置が提供される。
本発明の好ましい実施例によれば、前記耐熱金属は、ニ
ッケルを主成分とする析出強化型合金である。
【0006】
【作用】本願の発明者は、温度の異なる対のプローブを
用いて耐熱金属表面における熱起電力を測定し、熱起電
力が強度低下部分と強度が低下しない部分とで異なって
おり、かつその比と強度低下部分の強度とが一定の関係
を示すことを、新たに見いだした。本発明はかかる新規
の知見に基づくものである。すなわち、上記本発明によ
れば、温度の異なる対のプローブを有する接触部と、前
記対のプローブ間の熱起電力を測定する測定部と、測定
された熱起電力から材料の強度低下を演算する演算部と
を有する装置により、プローブの対を耐熱金属の強度が
低下した測定部分と強度が低下しない基準部分とに接触
させ、対のプローブ間の熱起電力をそれぞれ測定し、測
定された2つ熱起電力の比から測定部分の強度低下を演
算することにより、部品に痕跡を残すことなく耐熱金属
材料の強度低下を検査することができる。
【0007】
【実施例】以下、本発明の好ましい実施例を図面を参照
して説明する。図2は、耐熱金属の強度低下を示す試験
結果の一例である。この図において、横軸は、ラーソン
ミラーパラメータ(LMP)と呼ぶ材料が高温に晒され
た度合いを示す数である。このLMPは、材料が晒され
た温度t(℃)と時間T(h)の関数であり、LMP=
(logT+C)×(273 +t)/1000の関係がある。
ここでCは定数で一般には20である。また縦軸は耐熱
材料の550℃での強度(MPa)を示している。なお
この試験における耐熱金属には、ニッケルを主成分とす
る析出強化型合金、更に詳しくは、Ni 51.9, Cr 18.5 M
o 3.0 Fe 19.9 wt% を含むInconel 718 ( 商標 )を使用
した。図2から、高温に晒された時間が長いほど、すな
わちLMPが大きくなるほど、未使用材に比べて材料の
引張強度と0.2%耐力が低下することがわかる。かか
る現象は、通常知られている特性に一致している。な
お、未使用材と加熱された材料を走査型電子顕微鏡(S
EM)で組織を観察した結果、加熱材の粒界のδ相と、
粒内のγ′、γ″相が粗大化していた。
【0008】図3は、同一の試験におけるラーソンミラ
ーパラメータ(LMP)と熱起電力比との関係を示す図
である。この図において、縦軸の熱起電力比は、温度の
異なる対のプローブを耐熱金属に接触させて対のプロー
ブ間の熱起電力を測定し、試験片の熱起電力を未使用材
における熱起電力の値で割った値である。熱起電力は、
異種の金属線の両端を接合し両接点を異なる温度に保つ
と発生する電力であり、特に熱電対に応用され広く知ら
れている。なお、上述の対のプローブ間の熱起電力は、
従来の熱起電力における異種の金属線の一方を測定され
る耐熱金属とし、他方をプローブからの計測用電線とし
たものである。図3から、高温に晒された時間が長いほ
ど、すなわちLMPが大きくなるほど、熱起電力比が大
きくなることがわかる。なお、この試験で、対のプロー
ブ間の距離を10mmとした。また、金属表面に酸化膜
ができている場合には、これを適当な手段で除去して熱
起電力を測定した。熱起電力の測定は、例えば直流電圧
計、電位差計で容易に計測することができる。また、対
のプローブと耐熱金属とは、必ずしも溶接等で接合され
る必要はなく、十分な圧力で接触していればよい。
【0009】図4は、同一の試験における熱起電力比と
耐熱材料の550℃での強さとの関係を示す図である。
この図は、図2、図3に示した測定値から求めることが
できる。図4から、熱起電力比から材料の引張強さと
0.2%耐力の両方を求めることができることがわか
る。
【0010】図1は、本発明による耐熱金属の非破壊試
験装置の全体構成図である。この図において、本発明の
非破壊試験装置は、温度の異なる対のプローブ2を有
し、該プローブ2の対を耐熱金属1に接触させるように
なった接触部4と、前記対のプローブ2間の熱起電力を
測定する測定部6と、測定された熱起電力から材料の強
度低下を演算する演算部8とを有する。対のプローブ2
の温度は、適当な加熱装置、例えば電気抵抗加熱により
任意の温度に設定できるようになっている。接触部4
は、図に示すように2つ設けるのが好ましいが1つだけ
でもよい。2つの接触部4を設けることにより各々の接
触部4を異なる部分に接触させ、異なる部分の熱起電力
を同時に測定することができる。測定部6は、対のプロ
ーブ2における熱起電力を測定するための通常の熱起電
力測定装置である。測定部6は、接触部4が1つの場合
には記憶装置を有し、測定した熱起電力を記憶できるの
がよい。演算部8は、測定された熱起電力から前述の熱
起電力比を演算し、例えば図4に示した関係から材料の
強度低下をディスプレイ、プリンタ、等の出力装置10
に出力するようになっている。強度低下の度合は、必要
により引張強度、0.2%耐力、或いは部品交換の判定
値、等で出力するのがよい。なお、図4の関係は一例に
すぎず、熱起電力が変化する種々の耐熱金属について同
様の関係を予め求め、これを演算部8の記憶装置に記憶
し、或いは外部より入力するのが良い。
【0011】上述した装置は、次のように使用する。す
なわち、温度の異なる対のプローブ2を備え、プローブ
2の対を耐熱金属1の強度が低下した測定部分1aと強
度が低下しない基準部分1bとに接触させ、対のプロー
ブ2間の熱起電力をそれぞれ測定し、測定された2つ熱
起電力の比から測定部分1aの強度低下を演算する。熱
起電力の値は、耐熱金属の種類によっても相違し、ま
た、同一の耐熱材料であっても製造工程やロットによっ
ても相違することがある。従って、大型部品、例えば図
5に示したタービンディスクでは、例えば同一の部品に
おいて、ボア部のように使用中高温に晒されず強度がほ
とんど低下しない部分を基準部分1bとし、高温に晒さ
れ強度が低下した測定部分1a(例えばダブテール部)
の強度低下を測定するのがよい。
【0012】上述した本発明によれば、温度の異なる対
のプローブを有し、該プローブの対を耐熱金属に接触さ
せるようになった接触部と、前記対のプローブ間の熱起
電力を測定する測定部と、測定された熱起電力から材料
の強度低下を演算する演算部とを有する装置により、プ
ローブの対を耐熱金属の強度が低下した測定部分と強度
が低下しない基準部分とに接触させ、対のプローブ間の
熱起電力をそれぞれ測定し、測定された2つ熱起電力か
ら測定部分の強度低下を演算することにより、部品に痕
跡を残すことなく耐熱金属材料の強度低下を検査するこ
とができる。
【0013】なお本発明は、上述した実施例に限定され
るものではなく、熱起電力が変化するあらゆる耐熱金属
に適用できることはいうまでもない。また、ジェットエ
ンジンを構成する耐熱金属部品について具体例を示した
が、本発明はこれに限定されず、あらゆる金属部品に適
用することができる。
【0014】
【発明の効果】上述したように、本発明の耐熱金属の非
破壊試験方法及び装置は、耐熱金属に適用することがで
き、部品に痕跡を残すことなく材料の強度低下を検査す
ることができる優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による耐熱金属の非破壊試験装置の全体
構成図である。
【図2】耐熱金属の強度低下を示す試験結果の一例であ
る。
【図3】同一の試験におけるラーソンミラーパラメータ
(LMP)と熱起電力比との関係を示す図である。
【図4】熱起電力比と材料の550℃での強さとの関係
を示す図である。
【図5】本発明を適用する大型部品の例を示す斜視図で
ある。
【符号の説明】
1 耐熱金属 1a 測定部分 1b 基準部分 2 プローブ 4 接触部 6 測定部 8 演算部 10 出力装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平3−42562(JP,A) 特開 昭60−194341(JP,A) 特開 昭55−2986(JP,A) 大井成人、外1名、”時効処理された Ni基超合金Inconel 718の材 質劣化の検出方法”、材料とプロセス、 平成5年3月2日、第6巻、第3号、 p.768 服部博、外2名、”Ni基超合金In conel 718の高温使用にともなう 材質劣化の非破壊的検出方法”、日本材 料学会講演会前刷、平成5年5月26日、 第42期、p.10−12 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01N 25/00 JICSTファイル(JOIS)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】2セットの温度の異なる対のプローブを備
    え、2セットの該プローブの対を耐熱金属の強度が低下
    した測定部分と強度が低下しない基準部分とに接触さ
    せ、2セットの前記対のプローブ間の熱起電力をそれぞ
    れ同時に測定し、測定された2つの熱起電力の比から測
    定部分の強度低下を演算する、ことを特徴とする耐熱金
    属の非破壊試験方法。
  2. 【請求項2】2セットの温度の異なる対のプローブを有
    し、2セットの該プローブの対を耐熱金属に接触させる
    ようになった接触部と、前記2セットの対のプローブ間
    の熱起電力を同時に測定する測定部と、測定された2つ
    の熱起電力から材料の強度低下を演算する演算部とを有
    することを特徴とする耐熱金属の非破壊試験装置。
JP12561093A 1993-05-27 1993-05-27 耐熱金属の非破壊試験方法及び装置 Expired - Fee Related JP3224053B2 (ja)

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JP2006125299A (ja) * 2004-10-28 2006-05-18 Toshiba Corp 蒸気タービンロータの余寿命評価装置、蒸気タービンロータの余寿命評価方法、動翼および蒸気タービン

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
大井成人、外1名、"時効処理されたNi基超合金Inconel 718の材質劣化の検出方法"、材料とプロセス、平成5年3月2日、第6巻、第3号、p.768
服部博、外2名、"Ni基超合金Inconel 718の高温使用にともなう材質劣化の非破壊的検出方法"、日本材料学会講演会前刷、平成5年5月26日、第42期、p.10−12

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