JP4879277B2 - 機械特性を推定する方法及び装置 - Google Patents
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Description
このような装置は、金属合金オブジェクトの抵抗率を測定する装置と、そして計算ユニットとを備え、当該ユニットは、金属合金オブジェクト中の溶解合金化元素の含有量を、金属合金の測定抵抗率及び既知の化学組成に基づいて計算し、そして計算される含有量に基づいて、金属合金オブジェクトの少なくとも一つの内部機械特性を計算する。金属合金オブジェクトの抵抗率を測定する装置は更に、金属合金オブジェクトの導電率を測定し、そして測定導電率を使用して金属合金の内部機械特性を計算することができる。
本発明は、内部機械特性を電気特性、例えば抵抗率に基づいて予測することができる手段を提供する。電気特性と機械特性との関係を説明する一般的な要素は結晶に隠されている。結晶構造の歪みによって、電子伝導帯に擾乱が生じる。例えば、異種原子を金属に溶解させる場合、この処理によって大きな擾乱が生じる。この様子を図1に示す。例えば、マンガン原子をアルミニウムに溶解させると、周囲のアルミニウム塊に大きな格子不整が発生するので、歪みが生じ、この歪みによって電子伝導帯が変調される。溶解原子の周囲はほとんど非導電性となる。鉄、錫、及びクロムのような合金化元素によって、アルミニウム中のマンガンと同じ種類の状態が銅に生じる。
ρRT=ρM−ρBas*α*(T−TR) (1)
上の式におけるパラメータの定義は以下の通りである。
ρRT=基準温度での抵抗率
ρM=測定抵抗率
ρBas=主成分の抵抗率
α=主成分の温度依存性を表わす一定係数
T=測定温度、及び
TR=基準温度
%Me 1=C1 *Exp(D1/Teq)
%Me 2=C2 *Exp(D2/Teq)
%Me 3=C3 *Exp(D3/Teq) (2)
・・・・
%Me n=Cn *Exp(Dn/Teq)
上の式では、パラメータは以下のように定義される。
%Me n=合金オブジェクト中の溶解合金化元素nの含有量であり、オブジェクト全体に対する割合として計算される。
Teq=平衡温度
Cn,Dn=合金オブジェクトの実際の組成によって変わる定数。定数Cn及びDnは、各合金化元素に関して、熱力学計算を用いて計算される。
%Me 1=Fu1(%Me1−%Men,Teq)
%Me 2=Fu2(%Me1−%Men,Teq)
%Me 3=Fu3(%Me1−%Men,Teq) (3)
・・・
%Me n=Fu4(%Me1−%Men,Teq)
%Menp=%Men−%Me n (4)
%Men=金属合金オブジェクト中の合金化元素nの合計含有量
%Me n=金属合金オブジェクト中の溶解合金化元素nの含有量
%Menp=金属合金オブジェクト中の析出合金化元素nの含有量
ρRT=ρBas+E1 * %Me 1+E2 * %Me 2+....+En * %Me n (5)
ρBasは主成分の抵抗率である。
Enは抵抗率係数として表わされる定数であり、抵抗率係数は、合金化元素が抵抗率に与える影響の大きさを表わす。定数Enは、例えば公開テーブルから判明する。例えば、亜鉛に関する抵抗率係数は2.1nΩm/at%であり、そしてマグネシウムに関する抵抗率係数は60nΩm/at%である。
ρRT=ρBas/(1−VolTOT) (6)
計算ユニットは更に、機械計算を行なって、金属合金オブジェクトの一つ以上の内部機械特性を計算する手段を含む。機械計算では、オブジェクトの金属合金の機械モデルを利用する。機械モデルは、例えば次のタイプである。
強度=主成分の強度+A*Hu(ε)+(F1*%Me 1+F2*%Me 2+F3*%Me 3.....)+(GAVolA+GBVolB+....) (7)
ε=ln(A0/AF) (8)
A=合金によって変わり、かつ合金の組成に関する情報に基づいて計算することができる定数
Hu(ε)=オブジェクトの低温処理中のオブジェクトの還元率εの関数であり、等式(8)として定義され、等式(8)のパラメータは次の意味を持つ。
A0=変形前の断面積
AF=変形後の断面積
A*Hu(ε)=普通、εの簡易べき関数によって表わされ、かつアルミニウムのような共通金属に関しては既知である。
F1,F2,F3=主相中の異なる合金化元素が強度に影響する度合いを表わす定数であり、ある程度公知の出版物に記載されている。
%Me 1,%Me 2,%Me 3=溶解合金化元素の計算含有量。
σtensile=σtensile main component+At*Hu(ε)+(Ft1*%Me 1+Ft2*%Me 2+Ft3*%Me 3.....)+(GtAVolA+GtBVolB+....) (9)
上の式では、At,Ftn,及びGtNは、引っ張り強度計算に適用することができる一連の定数であり、そしてσtensile main componentは合金中の主成分の引っ張り強度である。
σyield=σyield main component+Ay*Hu(ε)+(Fy1*%Me 1+Fyt2*%Me 2+Fy3*%Me 3+....)+(GyAVolA+GyBVolB+....) (10)
上の式では、Ay,Fyn,及びGyNは、降伏強度計算に適用することができる一連の定数であり、そしてσyield main componentは合金中の主成分の降伏強度である。
Rn=%Me n/%Menp (11)
Claims (28)
- 既知の化学組成を有し、主相と析出相を有する金属合金オブジェクトの一つ以上の内部機械特性を、金属合金オブジェクトの抵抗率に基づいて推定する方法であって、
金属合金オブジェクトの抵抗率を導出するステップと、
金属合金の抵抗率、及び金属合金中の溶解合金化元素の含有量、及び金属合金の化学組成の間の第1の数学的関係、ならびに、金属合金中の溶解合金化元素の含有量、及び金属合金の化学組成、及び平衡温度の間の第2の数学的関係に基づいて、前記導出された抵抗率及び前記既知の化学組成から平衡温度を計算し、さらに計算した前記平衡温度から前記第2の数学的関係によって金属合金オブジェクト中の溶解合金化元素の含有量を計算するステップと、
計算された金属合金オブジェクト中の溶解合金化元素の含有量に基づいて、金属合金オブジェクトの少なくとも一つの内部機械特性を計算するステップとを含む方法。 - 金属合金オブジェクトの抵抗率を、金属合金オブジェクトの製造中に継続的に、または少なくとも繰り返し測定し、そして金属合金オブジェクトの前記内部機械特性を、測定される抵抗率に基づいて繰り返し計算する、請求項1に記載の方法。
- 金属合金オブジェクトには、所定範囲の厚さ減少が金属合金オブジェクトの製造中に発生し、そして金属合金オブジェクトの前記内部機械特性が、厚さ減少の範囲に基づいて計算される、請求項1又は2に記載の方法。
- 金属合金オブジェクトの温度を受信するステップと、
所定の基準温度での抵抗率を、金属合金オブジェクトの温度、及び測定される抵抗率に基づいて計算するステップと、
金属合金オブジェクト中の溶解合金化元素の含有量を、基準温度での抵抗率に基づいて計算するステップを含む、請求項1〜3のいずれか1項に記載の方法。 - 基準温度は15〜30℃の範囲である、請求項4に記載の方法。
- 前記内部機械特性は金属合金オブジェクトの強度であり、前記金属合金オブジェクトの強度は、金属合金オブジェクト中の溶解合金化元素の計算含有量、及び合金の主成分の既知の強度特性に基づいて計算される、請求項1〜5のいずれか1項に記載の方法。
- 前記内部機械特性は金属合金オブジェクトの引っ張り強度であり、前記金属合金オブジェクトの引っ張り強度は、金属合金オブジェクト中の溶解合金化元素の含有量、金属合金の既知の化学組成、及び合金の主成分の既知の引っ張り強度に基づいて計算される、請求項1〜5のいずれか1項に記載の方法。
- 前記内部機械特性は金属合金オブジェクトの降伏強度であり、前記金属合金オブジェクトの降伏強度は、金属合金オブジェクト中の溶解合金化元素の含有量、金属合金の既知の化学組成、及び合金の主成分の既知の降伏強度に基づいて計算される、請求項1〜5のいずれか1項に記載の方法。
- 前記合金の主成分はアルミニウムである、請求項1〜8のいずれか1項に記載の方法。
- 金属合金オブジェクトの抵抗率は、非接触測定方法によって測定される、請求項1〜9のいずれか1項に記載の方法。
- 金属合金オブジェクト中の析出合金化元素の含有量を計算するステップと、
そして計算された金属合金オブジェクト中の析出合金化元素の含有量に基づいて、金属合金オブジェクトの前記少なくとも一つの内部機械特性を計算するステップとを含む、請求項1〜10のいずれか1項に記載の方法。 - 製造された金属合金オブジェクトの品質を、金属合金オブジェクトの計算された内部機械特性に基づいて監視するステップを含む、請求項1〜11のいずれか1項に記載の方法。
- 金属合金オブジェクトの前記内部機械特性は、金属合金オブジェクトの製造中に継続的に、または少なくとも繰り返し計算され、そして前記方法は、製造プロセスを金属合金オブジェクトの推定特性に従って継続的に、または少なくとも繰り返し調整することにより、製造された金属合金オブジェクトの品質を向上させるステップを更に含む、請求項1〜12のいずれか1項に記載の方法。
- 金属合金オブジェクトの前記内部機械特性は、金属合金オブジェクトの製造中に継続的に、または少なくとも繰り返し計算され、そして前記方法は、金属合金オブジェクトの熱処理の度合いを、計算された機械特性に基づいて計算するステップと、金属合金オブジェクトを計算された熱処理の度合いに従って熱処理するステップとを更に含む、請求項1〜13のいずれか1項に記載の方法。
- 金属合金オブジェクトの内部機械特性の計算値を、機械的検査における同じ金属合金オブジェクトのサンプルについて測定される同じ内部機械特性の値と比較するステップと、そして計算値を測定値に従って調整するステップとを含む、請求項1〜14のいずれか1項に記載の方法。
- 前記平衡温度が、前記第1の数学的関係及び前記第2の数学的関係に基づいて反復計算される、請求項1〜15のいずれか1項に記載の方法。
- コンピュータの内部メモリに直接読み込み可能なコンピュータプログラムであって、コンピュータを請求項1〜16のいずれか1項に記載のステップを実行する手段として機能させるためのコンピュータプログラム。
- コンピュータを請求項1〜16のいずれか1項に記載のステップを実行する手段として機能させるためのコンピュータプログラムを記録した、コンピュータにより読み取り可能な媒体。
- 既知の化学組成を有し、主相と析出相を有する金属合金オブジェクトの一つ以上の内部機械特性を、金属合金オブジェクトの抵抗率に基づいて推定する装置であって、
金属合金オブジェクトの抵抗率を測定する測定装置(2)と、
計算ユニット(4)とを備え、
前記計算ユニットは、
金属合金の抵抗率、及び金属合金中の溶解合金化元素の含有量、及び金属合金の化学組成の間の第1の数学的関係、ならびに、金属合金中の溶解合金化元素の含有量、及び金属合金の化学組成、及び平衡温度の間の第2の数学的関係に基づいて、前記測定された抵抗率及び前記既知の化学組成から平衡温度を計算し、さらに計算した前記平衡温度から前記第2の数学的関係によって金属合金オブジェクト中の溶解合金化元素の含有量を計算し、計算された金属合金オブジェクト中の溶解合金化元素の含有量に基づいて、金属合金オブジェクトの少なくとも一つの内部機械特性を計算することを特徴とする、装置。 - 前記測定装置(2)は、金属合金オブジェクトの抵抗率を非接触測定するように構成される、請求項19に記載の装置。
- 前記測定装置(2)は、金属合金オブジェクトの抵抗率を、渦電流を測定することにより測定する、請求項20に記載の装置。
- 前記内部機械特性が金属合金オブジェクトの強度を表わす、請求項19〜21のいずれか1項に記載の装置。
- 金属合金オブジェクトの温度をオブジェクトの製造中に測定する温度測定装置(3)を備え、そして前記計算手段が、所定の基準温度での抵抗率を、測定温度及び測定抵抗率に基づいて計算する、請求項19〜22のいずれか1項に記載の装置。
- 前記平衡温度が、前記第1の数学的関係及び前記第2の数学的関係に基づいて反復計算される、請求項19〜23のいずれか1項に記載の装置。
- 既知の化学組成を有し、主相と析出相を有する金属合金オブジェクトを製造するプロセスを監視する方法であって、
金属合金オブジェクトの抵抗率を導出するステップと、
金属合金の抵抗率、及び金属合金中の溶解合金化元素の含有量、及び金属合金の化学組成の間の第1の数学的関係、ならびに、金属合金中の溶解合金化元素の含有量、及び金属合金の化学組成、及び平衡温度の間の第2の数学的関係に基づいて、前記導出された抵抗率及び前記既知の化学組成から平衡温度を計算し、さらに計算した前記平衡温度から前記第2の数学的関係によって金属合金オブジェクト中の溶解合金化元素の含有量を推定するステップと、
金属合金オブジェクト中の析出合金化元素の含有量を、前記溶解合金化元素の推定含有量及び前記既知の化学組成に基づいて推定するステップと、
製造プロセスを、溶解合金化元素の推定含有量と析出合金化元素の推定含有量との比に基づいて監視するステップとを含む、方法。 - 更に、金属合金オブジェクト中の溶解合金化元素の推定含有量、及び析出合金化元素の推定含有量をオペレータに対して表示するステップを含む、請求項25に記載の方法。
- 更に、溶解合金化元素の推定含有量と析出合金化元素の推定含有量との比を計算するステップと、そして計算された比をオペレータに対して表示するステップとを含む、請求項25又は26に記載の方法。
- 前記平衡温度が、前記第1の数学的関係及び前記第2の数学的関係に基づいて反復計算される、請求項25〜27のいずれか1項に記載の方法。
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