JP6276963B2 - 金属材料の疲労履歴推定方法及び余寿命推定方法 - Google Patents

Description

本発明は、例えばタービンエンジンのタービン翼等として用いられるニッケル基超合金等の金属材料が駆動、停止の繰り返しにより疲労を受けたときにその疲労履歴を推定することができる金属材料の疲労履歴推定方法及び余寿命推定方法に関する。

タービンエンジンやジェットエンジンのタービン翼には金属材料としてニッケル基超合金等が用いられるが、このニッケル基超合金は高温、高応力に晒されることから、劣化が早期に進行したり、寿命が予想以上に短くなったりする。このため、タービン翼の使用期間を考慮して適切な時期に劣化診断を行い、その結果に応じて部品の交換を行い、不測の事態を回避する手法が提案されている。

例えば、金属材料の破壊原因推定方法が特許文献１に開示されている。すなわち、この金属材料の破壊原因推定方法は、電子後方散乱回折像法（ＥＢＳＤ法）により破断した金属材料の破壊原因を推定する方法である。具体的には、破断した金属材料の破断箇所に沿う破断面と垂直な面を測定面とし、この測定面上の複数の照射点に電子線を照射して電子後方散乱回折像を得、その電子後方散乱回折像に基づいて各照射点における結晶方位を決定し、該結晶方位から各照射点における方位差を決定する。さらに、前記測定面を破断面からの深さ方向において所定間隔毎に複数の区分に分割し、各区分に属する複数の照射点の方位差の平均値を求め、破断面からの深さを横軸、方位差を縦軸として座標上に前記方位差の平均値をプロットし、方位差曲線を得る。

そして、方位差曲線のパターンを、予め破壊原因の分かっている標準試料を用いて求めた標準方位差曲線と比較することにより、金属材料の破壊原因を判定することができる。

特開２０１３−６４６２６号公報

しかし、前記特許文献１に記載されている従来構成の金属材料の破壊原因推定方法では、金属材料の破壊原因が引張破断、衝撃破断、クリープ破断又は低サイクル疲労破断のいずれに該当するかを推定することはできるが、金属材料が駆動、停止の繰り返しにより疲労を受けたときその疲労履歴を推定することはできなかった。つまり、特許文献１に記載の発明では、方位差曲線のパターンを破壊原因が既知のパターンと比較して判断するだけであることから、金属材料の疲労履歴として、ひずみの大きさ、亀裂の進展速度等を推定することはできなかった。

そこで、本発明の目的とするところは、金属材料の疲労履歴を容易かつ精度良く推定できるとともに、金属材料の余寿命も的確に推定することが可能な金属材料の疲労履歴推定方法及び余寿命推定方法を提供することにある。

上記の目的を達成するために、請求項１に記載の発明の金属材料の疲労履歴推定方法は、繰り返し荷重を受けて疲労し、亀裂が生じた金属材料に関し、荷重方向と平行な断面について電子後方散乱法（ＥＢＳＤ法）により、一定間隔で結晶方位データを取得し、得られた結晶方位データに基づいて基準となるベース方位を設定し、各結晶方位とベース方位との方位差を色の濃淡で表し、亀裂進展部に交差する方向に延びる色の濃部で示されるピークの濃度とピーク間の間隔に基づいて金属材料の疲労履歴を推定することを特徴とする。

請求項２に記載の発明の金属材料の疲労履歴推定方法は、請求項１に係る発明において、前記結晶方位データの結晶粒毎の平均方位をベース方位とし、当該結晶粒中の各結晶方位とベース方位との方位差を色の濃淡で表すように構成したことを特徴とする。

請求項３に記載の発明の金属材料の疲労履歴推定方法は、請求項１又は請求項２に係る発明において、前記亀裂を複数の領域に区分し、各領域の中央位置におけるピークに基づいて金属材料の疲労履歴を推定することを特徴とする。

請求項４に記載の発明の金属材料の疲労履歴推定方法は、請求項１から請求項３のいずれか一項に係る発明において、前記金属材料は、金属の単結晶であることを特徴とする。
請求項５に記載の発明の金属材料の疲労履歴推定方法は、請求項１から請求項４のいずれか一項に係る発明において、前記金属材料は、ニッケル基超合金であることを特徴とする。

請求項６に記載の発明の金属材料の余寿命推定方法は、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の金属材料の疲労履歴推定方法を用いた金属材料の余寿命推定方法であって、前記金属材料に荷重を付与する適用装置の荷重の付与及び停止の繰り返し回数を横軸とし、金属材料の亀裂の深さを縦軸とする座標上に、前記金属材料の疲労履歴推定方法で得られる繰り返し回数と亀裂の深さをプロットして履歴曲線を描き、その履歴曲線を延長して金属材料の余寿命を推定することを特徴とする。

請求項７に記載の発明の金属材料の余寿命推定方法は、請求項６に係る発明において、前記適用装置は、ガスタービンの動翼であることを特徴とする。

本発明の金属材料の疲労履歴推定方法によれば、金属材料の疲労履歴を容易かつ精度良く推定することができるという効果を奏する。

第１実施形態における金属材料の疲労時の断面を示し、（ａ）は亀裂の全体を示す断面図、（ｂ）は亀裂の始端側における結晶方位の方位差を色の濃淡で示した説明図、（ｃ）は亀裂の中間部における結晶方位の方位差を色の濃淡で示した説明図、（ｄ）は亀裂の先端側における結晶方位の方位差を色の濃淡で示した説明図。 荷重の繰り返し回数と亀裂の深さとの関係を示すグラフ。 （ａ）は、第１実施形態において、疲労履歴を有する金属材料の一定領域における測定点とベース方位との関係を示す説明図、（ｂ）は測定点とベース方位との方位差を示す説明図。 （ａ）は、従来において、疲労履歴を有する金属材料の一定領域における測定点とその周囲の測定点との関係を示す説明図、（ｂ）は測定点とその周囲の測定点との方位差を示す説明図。 （ａ）は第２実施形態における金属材料の疲労時の結晶方位の方位差を色の濃淡で示した説明図、（ｂ）は従来における金属材料の疲労時の結晶方位の方位差を色の濃淡で示した説明図。 荷重の繰り返し回数と亀裂の深さとの関係を示すグラフ。

（第１実施形態）
以下、本発明を具体化した第１実施形態に関し、図１〜図４に基づいて詳細に説明する。

図１（ａ）に示すように、例えばタービンエンジンのタービン翼として用いられるニッケル基超合金等の金属材料１１は、タービンエンジンの起動、停止の繰り返しにより、荷重の負荷及び停止を繰り返し受け、やがて亀裂１２が生じて疲労破断に到る。図１（ａ）は金属材料１１に生じた亀裂１２の断面を示し、この断面は荷重方向と平行な断面である。金属材料１１は、多結晶の金属や一方向凝固材でもよいが、金属の単結晶が好適に用いられる。

前記ニッケル基超合金としては、例えばタービン用ニッケル基超合金が用いられ、このタービン用ニッケル基超合金としては、例えばガンマプライム相を有するガンマプライム析出強化型ニッケル基超合金が挙げられる。ガンマプライム相は、ニッケル、アルミニウム及びチタンを含む金属間化合物が析出した相である。このガンマプライム析出強化型ニッケル基超合金として具体的には、Special Metals社のインコネルIN-738LC、ＧＥ社製のＧＴＤ１１１（ＤＳ）等が挙げられる。

前記インコネルIN-738LCの組成は、Ｃｒ１６％、Ｃｏ８．５％、Ｃ０．１０％、Ｍｏ１．７％、Ｗ２．６％、Ｔｉ３．４％、Ａｌ３．４％、Ｔａ１．７％、残りはＮｉである（％は質量％）。また、ＧＴＤ１１１（ＤＳ）の組成は、Ｃｒ１４％、Ｃｏ９．５％、Ｃ０．１０％、Ｍｏ１．５％、Ｗ３．８％、Ｔｉ４．９％、Ａｌ３．０％、Ｔａ２．８％、残りはＮｉである（％は質量％）。

本実施形態の金属材料１１の疲労履歴推定方法は、このような繰り返し荷重を受けて亀裂１２が生じた金属材料１１の疲労履歴を推定するものである。すなわち、まず荷重方向と平行な断面について電子後方散乱法（ＥＢＳＤ法）により、一定間隔で結晶方位データを取得する。得られた結晶方位データの結晶粒毎の平均方位をベース方位とし、当該結晶粒中の各結晶方位とベース方位との方位差を色の濃淡で表す。そして、亀裂１２の進展軌跡を示す亀裂進展部１２ａに交差する方向に延びる色の濃部で示されるピーク１３に基づいて金属材料１１の疲労履歴を推定する。

前記ＥＢＳＤ法自体は公知であることから、簡単に説明する。
まず、亀裂１２が生じた金属材料１１を図示しない走査型電子顕微鏡のサンプル台上に載せ、金属材料１１に電子線を照射することにより、電子後方散乱回折像が得られる。この電子後方散乱回折像は、高感度カメラにより撮影され、画像データが形成される。その画像データを解析することにより、各測定点における結晶方位データが得られる。

本実施形態においては、それらの結晶方位データの平均値としてベース方位を使用する。そして、各測定点の結晶方位とベース方位との方位差が色の濃淡で表される。この色の濃淡のうち濃部は亀裂進展部１２ａに沿ってその近傍に形成されるとともに、その色の濃部で表されるピーク１３は亀裂進展部１２ａに交差する方向に延びている。従って、このピーク１３に基づいて、金属材料１１の疲労履歴を推定することができる。

この金属材料（単結晶）の疲労履歴推定方法を具体的に説明すると、図１（ａ）に示すように、前記亀裂１２をその亀裂進展部１２ａにおいて３つのほぼ均等な領域、すなわち亀裂１２の先端側から基端側に向かって第１領域１４、第２領域１５及び第３領域１６に区分する。第１領域１４の中央位置における方位差を示す色の濃淡特にその濃部１７が図１（ｄ）に示され、第２領域１５の中央位置における方位差を示す色の濃淡特にその濃部１７が図１（ｃ）に示され、第３領域１６の中央位置における方位差を示す色の濃淡特にその濃部１７が図１（ｂ）に示されている。

図１（ｄ）に示すように、前記第１領域１４においては、亀裂進展部１２ａにほぼ直交するピーク１３がほぼ一定間隔で形成されるとともに、ピーク１３以外の部分は色の淡部１８となっている。このピーク１３の数は、金属材料１１に作用する荷重負荷の回数に対応するとともに、ピーク１３の色の濃淡はひずみの大小を表し、ピーク１３の間隔は亀裂１２の進展速度を表している。各ピーク１３の濃部１７及び最濃部１９は少なく、ピーク１３間の間隔２０が狭いことから、この第１領域１４においては、金属材料１１のひずみ（歪）は小さく、亀裂１２の進展速度は遅いことが示されている。

一方、図１（ｂ）に示すように、第３領域１６における各ピーク１３の濃部１７及び最濃部１９は多く、ピーク１３間の間隔２０は広くなっている。このため、第３領域１６においては、金属材料１１のひずみは大きく、亀裂１２の進展速度は速いことが示されている。

また、図１（ｃ）に示すように、第２領域１５における各ピーク１３の濃部１７及び最濃部１９は、第１領域１４と第３領域１６におけるピーク１３の濃部１７及び最濃部１９の中間の濃度を示し、ピーク１３間の間隔２０も第１領域１４と第３領域１６のピーク１３間の間隔２０の中間値を示している。そのため、第２領域１５におけるひずみと亀裂１２の進展速度は、第１領域１４と第３領域１６の中間状態が示されている。

従って、荷重の負荷及び停止の繰り返しによる金属材料１１のひずみは第３領域１６において大きく、亀裂１２の進展速度も速く、第１領域１４に到るほどひずみが小さく、亀裂１２の進展速度も遅くなる傾向である。

次に、図２に示すように、亀裂１２が第１領域１４の先端部に到ったとき、荷重の負荷及び停止の繰り返し回数は５６０回であり、そのときの亀裂１２の深さは８ｍｍであったため、荷重の繰り返し回数（回）を横軸とし、亀裂の深さ（ｍｍ）を縦軸とする図２の座標上にこの点ａをプロットする。

続いて、図１（ｄ）に示すように、第１領域１４の基端部における亀裂１２の深さを測定すると５．５ｍｍであることから、第１領域１４の深さは２．５ｍｍである。また、第１領域１４におけるピーク１３間の間隔２０を測定すると１２μｍである。従って、第１領域１４におけるピーク１３の数は、２１０本である〔２．５÷０．０１２≒２１０〕。すなわち、第１領域１４の基端部における荷重の繰り返し回数は３５０回である。そのため、この点ｂを図２の座標上にプロットする。

その後、図１（ｃ）に示すように、第２領域１５の基端部における亀裂１２の深さを測定すると３ｍｍであることから、第２領域１５の深さは２．５ｍｍである。また、第２領域１５におけるピーク１３間の間隔２０を測定すると２１μｍである。従って、第２領域１５におけるピーク１３の数は、１２０本である〔２．５÷０．０２１≒１２０〕。すなわち、第２領域１５の基端部における荷重の繰り返し回数は２３０回である。そのため、この点ｃを図２の座標上にプロットする。

さらに、図１（ｂ）に示すように、第３領域１６の基端部における亀裂１２の深さを測定すると０ｍｍであることから、第３領域１６の深さは３ｍｍである。また、第３領域１６におけるピーク１３間の間隔２０を測定すると２５μｍである。従って、第３領域１６におけるピーク１３の数は、１２０本である〔３÷０．０２５＝１２０〕。すなわち、第３領域１６の基端部における荷重の繰り返し回数は１１０回である。そのため、この点ｄを図２の座標上にプロットする。

そして、これらの点ａ、点ｂ、点ｃ及び点ｄの４点を滑らかに結ぶことにより、履歴曲線２１が得られ、金属材料１１の疲労履歴を推定することができる。
ここで、本実施形態における結晶方位として、ベース方位を用いた方位差を使用する方法と、従来の結晶方位として周囲の結晶方位との方位差とした方法とを比較して説明する。

図３（ａ）に示すように、一定範囲の結晶領域２２において、全ての測定点の結晶方位２３を平均してベース方位２４が求められる。そして、図３（ｂ）に示すように、ある測定点における結晶方位２３とベース方位２４との方位差θが大きな角度として表される。前記ベース方位２４は、亀裂進展部１２ａの近傍では結晶方位２３は変化するが、その他の領域では結晶方位の変化は殆どないため、全体の平均値はほぼ初期の結晶方位を示している。

一方、図４（ａ）に示すように、従来法では、ある測定点における結晶方位２３と、その測定点に隣接する測定点（６測定点）における結晶方位２３ａとの方位差Δを平均して得られる方位差δが求められる。なお、隣接する測定点は４測定点であってもよい。そして、図４（ｂ）に示すように、その方位差δは前記方位差θに比べて小さな角度として表される。従って、本実施形態の方位差θに基づいて得られる色の濃淡は従来の方位差δに基づいて得られる色の濃淡に比べて差が大きくなり、測定精度が向上する。

また、図２に示すように、前記履歴曲線２１を延長することにより、図２の二点鎖線で表す延長曲線２５が得られ、その延長曲線２５に基づいて金属材料１１の余寿命を推定することができる。

すなわち、図２に示すように、タービン翼として用いられる金属材料１１の厚さは例えば１１ｍｍであることから、亀裂１２の深さが１１ｍｍすなわち金属材料１１の疲労時における荷重の繰り返し回数は、延長曲線２５に基づいて１０５０回であることが求められる。現在の亀裂１２の深さは８ｍｍで、荷重の繰り返し回数は５６０回であることから、余寿命は４９０回（１０５０−５６０＝４９０）であると推定することができる。

次に、前記のように構成された金属材料１１の疲労履歴推定方法及び余寿命推定方法について作用とともに説明する。
さて、図１（ａ）に示すように、金属材料１１の疲労履歴を推定する場合には、例えばタービンエンジンのタービン翼として用いられるニッケル基超合金が繰り返し荷重を受けて亀裂１２が生じたとき、その金属材料１１について、荷重方向と平行な断面についてＥＢＳＤ法により、一定間隔で結晶方位データを取得する。

図１（ｂ）〜（ｄ）に示すように、得られた結晶方位データの平均方位をベース方位２４とし、各結晶方位データとベース方位２４との方位差θを色の濃淡で表すと、亀裂進展部１２ａにほぼ直交する方向に延びる色の濃部１７で示されるピーク１３が得られる。前記亀裂進展部１２ａを例えば先端部の第１領域１４、中間部の第２領域１５及び基端部の第３領域１６の３つの領域に区分する。

図１（ｂ）に示すように、第３領域１６のピーク１３は濃部１７が多いことからひずみが大きく、またピーク１３間の間隔２０が広いことから亀裂１２の進展速度が速いと推定できる。図１（ｃ）に示すように、第２領域１５のピーク１３は濃部１７が第３領域１６のピーク１３の濃部１７よりも少ないことから第３領域１６よりもひずみが小さく、またピーク１３間の間隔２０も第３領域１６のピーク１３間の間隔２０よりも狭いことから亀裂１２の進展速度も第３領域１６よりも遅いと推定できる。図１（ｄ）に示すように、第１領域１４のピーク１３は濃部１７が最も少ないことからひずみが最も小さく、またピーク１３間の間隔２０も最も狭いことから亀裂１２の進展速度が最も遅いと推定できる。

このように、ベース方位２４を求め、各結晶方位２３とそのベース方位２４との方位差θを使用することにより、ピーク１３の濃部１７やピーク１３間の間隔２０を認識しやすく、疲労履歴の推定を速やかに進めることができる。

続いて、金属材料１１の余寿命を推定する場合には、図２に示すように、タービンエンジンによる荷重の付与及び停止の繰り返し回数を横軸とし、金属材料１１の亀裂１２の深さを縦軸として座標上に、前記亀裂進展部１２ａの先端部における荷重の繰り返し回数５６０回と亀裂１２の深さ８ｍｍの点ａをプロットする。

次いで、第１領域１４における亀裂１２の深さを測定すると５．５ｍｍであり、その亀裂１２の深さとピーク１３間の間隔２０とからピーク１３の数を求めると２１０本であることから、第１領域１４と第２領域１５との境界部では荷重の繰り返し回数は３５０回である。このため、荷重の繰り返し回数３５０回と亀裂１２の深さ５．５ｍｍの点ｂを座標上にプロットする。

同様に、第２領域１５における亀裂１２の深さを測定すると３ｍｍであり、その亀裂１２の深さとピーク１３間の間隔２０とからピーク１３の数を求めると１２０本であることから、第２領域１５と第３領域１６との境界部では荷重の繰り返し回数は２３０回である。このため、荷重の繰り返し回数２３０回と亀裂１２の深さ３ｍｍの点ｃを座標上にプロットする。

さらに、第３領域１６における亀裂１２の深さを測定すると０ｍｍであり、その亀裂１２の深さとピーク１３間の間隔２０とからピーク１３の数を求めると１２０本であることから、第３領域１６の始端部では荷重の繰り返し回数は１１０回である。このため、荷重の繰り返し回数１１０回と亀裂１２の深さ０ｍｍの点ｄを座標上にプロットする。

そして、前記点ａ、点ｂ、点ｃ及び点ｄを滑らかな曲線で結んで履歴曲線２１を作成する。さらに、この履歴曲線２１を延長して延長曲線２５を作成する。金属材料１１の厚さは１１ｍｍであることから、延長曲線２５上において、亀裂１２の深さが１１ｍｍに達するときの荷重の繰り返し回数を求めると、１０５０回である。現在、荷重の繰り返し回数５６０回で、亀裂１２の深さが８ｍｍであることから、余寿命は、荷重の繰り返し回数の差として４９０回であり、亀裂１２の深さの差として３ｍｍであると推定することができる。

このように、荷重の繰り返し回数と亀裂１２の深さとの座標上で、履歴曲線２１から延長曲線２５を作成し、その延長曲線２５を利用することにより、金属材料１１の余寿命を簡単かつ迅速に推定することができる。

以上の第１実施形態により発揮される効果を以下にまとめて記載する。
（１）第１実施形態における金属材料１１の疲労履歴推定方法は、疲労により亀裂１２が生じた金属材料１１に関し、各結晶方位２３とベース方位２４との方位差θを利用することにより、金属材料１１の疲労履歴を推定することができる。すなわち、結晶方位データの平均方位をベース方位２４とし、各結晶方位２３とベース方位２４との方位差θを色の濃淡で表し、亀裂進展部１２ａに交差する方向に延びる色の濃部１７で示されるピーク１３に基づいて金属材料１１の疲労履歴を推定することができる。

このように、ベース方位２４を用い、各測定点の結晶方位２３との方位差θを色の濃淡として表したことにより、色の濃淡を鮮明にできて疲労の状態が認識しやすくなるとともに、ピーク１３を高く、シャープにでき、疲労に関する判断を良好に行うことができる。

従って、第１実施形態によれば、金属材料１１の疲労履歴を容易かつ精度良く推定することができるという効果を奏する。
（２）前記ピーク１３の濃度とピーク１３間の間隔２０に基づいて金属材料１１の疲労履歴を推定することにより、金属材料１１のひずみと亀裂１２の進展速度を容易に認識できるとともに、精度良く推定することができる。

（３）前記亀裂１２を複数の領域に区分し、各領域の中央位置におけるピーク１３に基づいて金属材料１１の疲労履歴を推定する。このため、ピーク１３の状態が近似する領域毎に疲労の状態を判断することができ、疲労履歴の推定を簡単かつ速やかに行うことができる。

（４）前記金属材料１１は、金属の単結晶である。このため、結晶方位の方位差θを色の濃淡で鮮明に示すことができ、疲労履歴の推定精度を向上させることができる。
（５）前記金属材料１１は、ニッケル基超合金である。従って、金属材料１１の疲労履歴の推定を特にタービンエンジンのタービン翼について的確に行うことができる。

（６）金属材料１１の余寿命推定方法は、適用装置による荷重の付与及び停止の繰り返し回数を横軸とし、金属材料１１の亀裂１２の深さを縦軸とする座標上に、荷重の繰り返し回数と亀裂１２の深さをプロットして履歴曲線２１を描き、該履歴曲線２１を延長した延長曲線２５に基づいて金属材料１１の余寿命を推定するものである。このため、履歴曲線２１を延長して延長曲線２５を作成することにより、余寿命を迅速かつ高い精度で把握することができる。

従って、金属材料１１の余寿命推定方法によれば、金属材料１１の余寿命を簡易に、しかも的確に推定することができるという効果を奏する。
（７）前記適用装置は、ガスタービンの動翼であることにより、大きな荷重を繰り返し受ける金属材料１１について余寿命を的確に推定することができる。

（第２実施形態）
次に、本発明を具体化した第２実施形態を図５及び図６に従って説明する。なお、この第２実施形態においては、主に前記第１実施形態と相違する部分について説明し、同一部分については説明を省略する。

金属材料１１として、一方向凝固材（柱結晶）であるニッケル基超合金のＭＧＡ１４００ＤＳ〔三菱重工業（株）製の商品名〕を使用した。このニッケル基超合金の組成は、Ｃｒ１４％、Ｃｏ１０％、Ｍｏ１．７％、Ｗ４．６％、Ｔａ４．８％、Ｔｉ２．４％、Ａｌ４％、残りはＮｉである（％は質量％）。

図５（ａ）は、このニッケル基超合金について、ＥＢＳＤ法に基づき各測定点の結晶方位２３とベース方位２４との方位差θを色の濃淡で表したものである。疲労試験条件は、伸びと縮みによる全ひずみ範囲が１．２％、ひずみを示す試験速度が０．１％／秒、温度が８５０℃、圧縮ひずみと引張ひずみとのひずみ比（最小ひずみ／最大ひずみ）が−１、波形が三角波、丸棒試験体の直径が４ｍｍ（亀裂は３．５ｍｍまで進展し、急速破断した）である。そして、破断回数は２０５２回であった。

この図５（ａ）に示すように、各結晶方位２３とベース方位２４との方位差θを示すピーク１３（縞模様）が認められることから、そのピーク１３の濃度やピーク１３間の間隔２０に基づいて、第１実施形態と同様に一方向凝固材であるニッケル基超合金の疲労履歴を推定することができる。

例えば、前記ピーク１３間の間隔２０から、１回の繰り返しでの亀裂１２の進展幅は６．３μｍ／本であった。また、破断に到るまでの亀裂１２の深さは３．５ｍｍであった。従って、亀裂１２が発生してから破断するまでの荷重の繰り返し回数は５５６回である（３５００／６．３＝５５６）。つまり、亀裂１２が発生するまでの破断回数（亀裂発生寿命）は１４９６回（２０５２−５５６＝１４９６）であることが推定できた。

図６に示すように、前記第１実施形態と同様にして、荷重の繰り返し回数（回）と亀裂の深さ（ｍｍ）を示す座標上に、亀裂発生時及び破断時の点をプロットした。
一方、図５（ｂ）に示すように、上記と同じ一方向凝固材であるニッケル基超合金について、ＥＢＳＤ法に基づき、従来法として各測定点の結晶方位２３とその周囲の測定点の結晶方位２３ａとの方位差δを色の濃淡で表すと、方位差δに基づくピーク１３は認められなかった。従って、従来法により一方向凝固材であるニッケル基超合金の疲労履歴を推定することはできない。

なお、前記実施形態を次のように変更して具体化することも可能である。
・前記亀裂１２を区分する３つの第１領域１４、第２領域１５及び第３領域１６を、金属材料１１の種類、繰り返し荷重の大きさ、亀裂１２の大きさ等に応じて２つの領域に設定したり、４つ以上の領域に設定したりしてもよい。

・前記ピーク１３の濃部１７や最濃部１９の面積をそれぞれ求め、それらの面積に基づいて金属材料１１のひずみの大きさを判断してもよい。
・前記第１実施形態において、亀裂進展部１２ａ近傍で表れる濃部１７以外の淡部１８における結晶方位を基準となるベース方位２４としたり、淡部１８における結晶方位から平均方位を求めて基準となるベース方位２４としたりしてもよい。

・前記第１実施形態において、第１領域１４、第２領域１５又は第３領域１６でそれぞれピーク１３の数を測定し、そのピーク１３の数とピーク１３間の間隔２０とに基づいて亀裂１２の深さを求めるように実施してもよい。

・前記ニッケル基超合金として、単結晶合金であるＧＥ社のＰＷＡ1483、Ｒene´Ｎ5、一方向凝固材であるC-M社のＣＭ-247ＬＣ等を使用してもよい。

１１…金属材料、１２…亀裂、１２ａ…亀裂進展部、１３…ピーク、１３ａ…濃部、１４…第１領域、１５…第２領域、１６…第３領域、２０…間隔、２１…履歴曲線、２３…結晶方位、２４…ベース方位、２５…延長曲線、θ…方位差。

Claims (7)

1. 繰り返し荷重を受けて疲労し、亀裂が生じた金属材料に関し、荷重方向と平行な断面について電子後方散乱法（ＥＢＳＤ法）により、一定間隔で結晶方位データを取得し、得られた結晶方位データに基づいて基準となるベース方位を設定し、各結晶方位とベース方位との方位差を色の濃淡で表し、亀裂進展部に交差する方向に延びる色の濃部で示されるピークの濃度とピーク間の間隔に基づいて金属材料の疲労履歴を推定することを特徴とする金属材料の疲労履歴推定方法。
2. 前記結晶方位データの結晶粒毎の平均方位をベース方位とし、当該結晶粒中の各結晶方位とベース方位との方位差を色の濃淡で表すように構成したことを特徴とする請求項１に記載の金属材料の疲労履歴推定方法。
3. 前記亀裂を複数の領域に区分し、各領域の中央位置におけるピークに基づいて金属材料の疲労履歴を推定することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の金属材料の疲労履歴推定方法。
4. 前記金属材料は、金属の単結晶であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の金属材料の疲労履歴推定方法。
5. 前記金属材料は、ニッケル基超合金であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の金属材料の疲労履歴推定方法。
6. 請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の金属材料の疲労履歴推定方法を用いた金属材料の余寿命推定方法であって、
   前記金属材料に荷重を付与する適用装置の荷重の付与及び停止の繰り返し回数を横軸とし、金属材料の亀裂の深さを縦軸とする座標上に、前記金属材料の疲労履歴推定方法で得られる繰り返し回数と亀裂の深さをプロットして履歴曲線を描き、その履歴曲線を延長して金属材料の余寿命を推定することを特徴とする金属材料の余寿命推定方法。
7. 前記適用装置は、ガスタービンの動翼であることを特徴とする請求項６に記載の金属材料の余寿命推定方法。