JPH0125417B2 - - Google Patents
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- JPH0125417B2 JPH0125417B2 JP55130823A JP13082380A JPH0125417B2 JP H0125417 B2 JPH0125417 B2 JP H0125417B2 JP 55130823 A JP55130823 A JP 55130823A JP 13082380 A JP13082380 A JP 13082380A JP H0125417 B2 JPH0125417 B2 JP H0125417B2
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- Japan
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- damage
- fatigue
- consumption rate
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N23/00—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00
- G01N23/20—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by using diffraction of the radiation by the materials, e.g. for investigating crystal structure; by using scattering of the radiation by the materials, e.g. for investigating non-crystalline materials; by using reflection of the radiation by the materials
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- Testing Resistance To Weather, Investigating Materials By Mechanical Methods (AREA)
- Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は金属材料の寿命予知方法に関する。特
に、Ｘ線を用いて、高温環境下で繰返し荷重を受
ける金属材料の寿命を予知する方法に関する。
に、Ｘ線を用いて、高温環境下で繰返し荷重を受
ける金属材料の寿命を予知する方法に関する。
従来、Ｘ線回折法を用いて材料の寿命を予知す
る方法としては、室温における材料に関して、か
つ疲労寿命についてのみ予知するものが知られて
いる。しかし高温環境下で使用される機器、例え
ば蒸気タービンが原子力発電プラントの部材の如
き金属材料については、Ｘ線による寿命予知方法
がないのが現状である。特に、このように高温環
境下での金属材料は、疲労のみならずクリープを
も受けるものであり、従来このようにクリープ・
疲労相互作用を受ける場合の寿命予知について
は、その方法がなかつた。
る方法としては、室温における材料に関して、か
つ疲労寿命についてのみ予知するものが知られて
いる。しかし高温環境下で使用される機器、例え
ば蒸気タービンが原子力発電プラントの部材の如
き金属材料については、Ｘ線による寿命予知方法
がないのが現状である。特に、このように高温環
境下での金属材料は、疲労のみならずクリープを
も受けるものであり、従来このようにクリープ・
疲労相互作用を受ける場合の寿命予知について
は、その方法がなかつた。
上記事情に鑑み、本発明者らは金属材料の破壊
過程が結晶変形に基づくものであり、Ｘ線回折法
はそのような結晶変形に敏感であることに着目
し、クリープ・疲労相互作用を受けた金属材料の
結晶変形をＸ線回折法により評価することによる
高温環境下での金属材料の余寿命を予知する方法
を提供せんとして本発明に到達したものである。
過程が結晶変形に基づくものであり、Ｘ線回折法
はそのような結晶変形に敏感であることに着目
し、クリープ・疲労相互作用を受けた金属材料の
結晶変形をＸ線回折法により評価することによる
高温環境下での金属材料の余寿命を予知する方法
を提供せんとして本発明に到達したものである。
本発明方法の大要は、高温環境下で荷重を受け
る金属材料にＸ線を照射し、これにより回折した
Ｘ線像を得、更に該回折Ｘ線像を解析してパラメ
ータを得、該パラメータを用いて寿命を予知する
ものである。
る金属材料にＸ線を照射し、これにより回折した
Ｘ線像を得、更に該回折Ｘ線像を解析してパラメ
ータを得、該パラメータを用いて寿命を予知する
ものである。
パラメータとしては、回折Ｘ線半価幅や全方位
差を用いることができる。この場合、回折Ｘ線半
価幅を用いて疲労被害を検出し、全方位差を用い
てクリープ被害を検出することにより、疲労とク
リープとが重畳した場合の寿命の予知を可能なら
しめることができる。
差を用いることができる。この場合、回折Ｘ線半
価幅を用いて疲労被害を検出し、全方位差を用い
てクリープ被害を検出することにより、疲労とク
リープとが重畳した場合の寿命の予知を可能なら
しめることができる。
即ち、この場合、金属材料に照射するＸ線束を
十分太くすることによつて得られる回折Ｘ線強度
曲線から半価幅を得、この半価幅から既知の半価
幅と疲労寿命消費率との関係に基づいて疲労被害
を検出し、金属材料に照射するＸ線束を十分細く
することによつて得られる細束Ｘ線像から全方位
差を得、該全方位差から既知の全方位差とクリー
プ変形量との関係に基づいてクリープ変形量を推
定し、該推定クリープ変形量から既知の応力とク
リープとの関係を示すクリープ曲線を用いて加え
られていた応力を推定するとともに、クリープ損
傷率を推定し、前記半価幅から推定した疲労損傷
率と前記全方位差から推定したクリープ損傷率と
を既知の疲労とクリープとが重畳した場合の被害
曲線に適合させることによつて損傷を検出し、こ
れにより余寿命を推定するように構成することも
できる。
十分太くすることによつて得られる回折Ｘ線強度
曲線から半価幅を得、この半価幅から既知の半価
幅と疲労寿命消費率との関係に基づいて疲労被害
を検出し、金属材料に照射するＸ線束を十分細く
することによつて得られる細束Ｘ線像から全方位
差を得、該全方位差から既知の全方位差とクリー
プ変形量との関係に基づいてクリープ変形量を推
定し、該推定クリープ変形量から既知の応力とク
リープとの関係を示すクリープ曲線を用いて加え
られていた応力を推定するとともに、クリープ損
傷率を推定し、前記半価幅から推定した疲労損傷
率と前記全方位差から推定したクリープ損傷率と
を既知の疲労とクリープとが重畳した場合の被害
曲線に適合させることによつて損傷を検出し、こ
れにより余寿命を推定するように構成することも
できる。
以下、本発明につき具体的に説明する。
初めに疲労被害の検出法について述べる。
第１図は通常の粉末法またはラウエ法で得られ
る回折像が写つたＸ線フイルム１を模式化して描
いたものである。フイルムの黒化度は回折強度に
対応するので、このＸ線フイルム上のいわゆるデ
バイ環２の半径方向の黒化度をミクロフオトメー
タで調べることにより、第２図のような回折強度
曲線が得られる。図の横軸のθは、Ｘ線の照射角
度である。こ回折強度曲線は現在では主にデイフ
ラクトメータ或いは応力測定装置で簡単に得られ
るようになつている。第２図に示すような、回折
強度曲線のピークの半分の高さにおける曲線の幅
が、半価幅ｂと言われるものである。この半価幅
ｂは、結晶内部の転位密度や微視的格子ひずみと
関係しており、焼なまし状態ではきわめて小さ
く、塑性変形を受けてそれらの格子欠陥が増大す
ると広がるという性質を持つ。疲労変形における
場合も同様で、疲労過程中の半価幅は、例えば焼
なまし材の場合には第３図のように増加する。図
には応力の大きさに応じて３段階で示したが、応
力振幅が高い順（σ1＞σ2＞σ3）で増加速度も早く
なつている。しかし半価幅を、破断繰返し数Nf
に対する応力繰返し数Ｎの比Ｎ／Nfとの相関で
見てみると、第４図の如くほぼ１本の線で表わす
ことができる。（図に斜線を施して示すのは、ば
らつきの範囲である）。
る回折像が写つたＸ線フイルム１を模式化して描
いたものである。フイルムの黒化度は回折強度に
対応するので、このＸ線フイルム上のいわゆるデ
バイ環２の半径方向の黒化度をミクロフオトメー
タで調べることにより、第２図のような回折強度
曲線が得られる。図の横軸のθは、Ｘ線の照射角
度である。こ回折強度曲線は現在では主にデイフ
ラクトメータ或いは応力測定装置で簡単に得られ
るようになつている。第２図に示すような、回折
強度曲線のピークの半分の高さにおける曲線の幅
が、半価幅ｂと言われるものである。この半価幅
ｂは、結晶内部の転位密度や微視的格子ひずみと
関係しており、焼なまし状態ではきわめて小さ
く、塑性変形を受けてそれらの格子欠陥が増大す
ると広がるという性質を持つ。疲労変形における
場合も同様で、疲労過程中の半価幅は、例えば焼
なまし材の場合には第３図のように増加する。図
には応力の大きさに応じて３段階で示したが、応
力振幅が高い順（σ1＞σ2＞σ3）で増加速度も早く
なつている。しかし半価幅を、破断繰返し数Nf
に対する応力繰返し数Ｎの比Ｎ／Nfとの相関で
見てみると、第４図の如くほぼ１本の線で表わす
ことができる。（図に斜線を施して示すのは、ば
らつきの範囲である）。
一方、予加工材つまり予め塑性変形を加えて半
価幅を増大させておいた材料を疲労させると、半
価幅ｂは第５図の如く上記Ｎ／Nfに対して単調
に減少する。
価幅を増大させておいた材料を疲労させると、半
価幅ｂは第５図の如く上記Ｎ／Nfに対して単調
に減少する。
従つて、種々の熱処理条件が加工条件にて第４
図、第５図の如き半価幅変化のマスターカーブを
作成しておけば、応力繰返し数Ｎを記録しておい
て半価幅を測ることにより、余寿命Nrを推定で
きることになる。或いは、測定までの繰返し数が
不明でも、半価幅を２回計測すればその間の繰返
し数もわかるので、これによつても余寿命を推定
できる。
図、第５図の如き半価幅変化のマスターカーブを
作成しておけば、応力繰返し数Ｎを記録しておい
て半価幅を測ることにより、余寿命Nrを推定で
きることになる。或いは、測定までの繰返し数が
不明でも、半価幅を２回計測すればその間の繰返
し数もわかるので、これによつても余寿命を推定
できる。
第６図に、このような手法に基づく余寿命推定
法を示す。図示の例は、焼なまし材でのマスター
カーブを用いたものである。運転開始後、繰返し
数N1がわかつている時点での半価幅がb1であれ
ば、半価幅変化のマスターカーブによりその時の
疲労寿命消費率φf1（＝N1／Nf）がわかる。よつ
て、余寿命Nr＝Nr−N1は、 Nr＝N1・１−φf1／φf1 ……(1) で与えられる。繰返し数N1が不明な場合でも、
半価幅を２回計測して余寿命を知ることができ
る。つまり、半価幅b1の時点の後、更に繰返し数
N2＝N1＋Ｎまで疲労させて該時点の半価幅b2を
測定すれば、その時のφf2が求まり、かつその間
の繰返し数はＮであることがわかつているので、
余寿命Nr′は次式で与えられる。
法を示す。図示の例は、焼なまし材でのマスター
カーブを用いたものである。運転開始後、繰返し
数N1がわかつている時点での半価幅がb1であれ
ば、半価幅変化のマスターカーブによりその時の
疲労寿命消費率φf1（＝N1／Nf）がわかる。よつ
て、余寿命Nr＝Nr−N1は、 Nr＝N1・１−φf1／φf1 ……(1) で与えられる。繰返し数N1が不明な場合でも、
半価幅を２回計測して余寿命を知ることができ
る。つまり、半価幅b1の時点の後、更に繰返し数
N2＝N1＋Ｎまで疲労させて該時点の半価幅b2を
測定すれば、その時のφf2が求まり、かつその間
の繰返し数はＮであることがわかつているので、
余寿命Nr′は次式で与えられる。
Nr′＝Ｎ・１−φf2／φf2−φf1 ……(2)
第４図、第５図の如きマスターカーブを腐食環
境、高温環境などの実機環境下で作成しておけ
ば、該環境下での構造部材の寿命も、上記と全く
同様にして予知することが可能である。
境、高温環境などの実機環境下で作成しておけ
ば、該環境下での構造部材の寿命も、上記と全く
同様にして予知することが可能である。
このような半価幅による疲労被害の検出は、照
射線束を十分太くして得られる回折線強度曲線を
用いて有効に達成できる。
射線束を十分太くして得られる回折線強度曲線を
用いて有効に達成できる。
次に、クリープに基づく損傷による寿命の、予
知方法について述べる。
知方法について述べる。
第１図に示した粉末法のフイルムにおいて、試
料への入射Ｘ線束を十分に細く絞れば回折にあず
かる結晶粒の数が10個程度となり、第７図に示す
ような個々の結晶粒からの回折像３がデバイ環２
上に分離して現われるようになる。符号Ｉにて回
折Ｘ線を、にて入射Ｘ線を示す。完全焼なまし
を施した材料では、結晶内部に転位がほとんどな
いため、回折像はＸ線束及び結晶粒の大きさに応
じた極めて小さい斑点として現れるが、引張変形
やクリープ変形を受けて転位密度が増大すると、
回折像はデバイ環の円周方向に広がつてゆく。こ
の接線方向の広がりを図にSTで示す。またSRにて
法線方向の幅を示す。一方、転位が集合離散して
副結晶（転位により区画されて生じた結晶単位）
を形成すると、第８図に示すように回折像の回折
弧４の中に微細化斑点５（黒点で図示する）が生
じる。このような、回折像の接線方向の広がりST
が回折像中の微細化斑点の数Ｍに基づいて、結晶
粒の全方位差βや副結晶の粒径ｔ等が、次の各式
により求められる。
料への入射Ｘ線束を十分に細く絞れば回折にあず
かる結晶粒の数が10個程度となり、第７図に示す
ような個々の結晶粒からの回折像３がデバイ環２
上に分離して現われるようになる。符号Ｉにて回
折Ｘ線を、にて入射Ｘ線を示す。完全焼なまし
を施した材料では、結晶内部に転位がほとんどな
いため、回折像はＸ線束及び結晶粒の大きさに応
じた極めて小さい斑点として現れるが、引張変形
やクリープ変形を受けて転位密度が増大すると、
回折像はデバイ環の円周方向に広がつてゆく。こ
の接線方向の広がりを図にSTで示す。またSRにて
法線方向の幅を示す。一方、転位が集合離散して
副結晶（転位により区画されて生じた結晶単位）
を形成すると、第８図に示すように回折像の回折
弧４の中に微細化斑点５（黒点で図示する）が生
じる。このような、回折像の接線方向の広がりST
が回折像中の微細化斑点の数Ｍに基づいて、結晶
粒の全方位差βや副結晶の粒径ｔ等が、次の各式
により求められる。
β＝８／πarcsio（｜tanθ｜／sinθ ST／4Rp）…
…(3) ｔ＝tpM-2/3 ……(4) ここでθはBragg角、Rpはフイルム試料間距離
で、第７図のＣ，C′間に相当するもの、tpは結晶
粒径である。このような全方位差βや副結晶粒径
ｔは材料の塑性変形挙動と対応するものなので、
かかるβやｔを測定することにより、材料に加え
られたひずみ量や応力振幅等の推定が可能であ
る。
…(3) ｔ＝tpM-2/3 ……(4) ここでθはBragg角、Rpはフイルム試料間距離
で、第７図のＣ，C′間に相当するもの、tpは結晶
粒径である。このような全方位差βや副結晶粒径
ｔは材料の塑性変形挙動と対応するものなので、
かかるβやｔを測定することにより、材料に加え
られたひずみ量や応力振幅等の推定が可能であ
る。
例えば、クリープ変形の場合について説明する
と、以下のとおりである。即ち、第９図に示すよ
うに、全方位差βと負荷時間Ｔとの関係は、クリ
ープひずみと負荷時間との関係と同じような関係
にあり、クリープひずみεに対して全方位差βを
プロツトすると第１０図のような直線関係が得ら
れる。また副結晶粒径ｔと全ひずみεとの間に
も、第１１図にグラフで示すような関係がある。
従つて、全方位差βが副結晶粒径ｔを測定するこ
とにより、クリープひずみが求められるわけであ
つて、これに基づき、クリープ曲線のマスターカ
ーブを予め作成しておいた上で、負荷時間Ｔを記
録して上記β、ｔを測定することにより、余寿命
Trを推定できる。負荷時間Ｔが不明な場合には、
上記β，ｔを２回測定し、両測定間の時間を知つ
ておけば、余寿命Trを推定できる。
と、以下のとおりである。即ち、第９図に示すよ
うに、全方位差βと負荷時間Ｔとの関係は、クリ
ープひずみと負荷時間との関係と同じような関係
にあり、クリープひずみεに対して全方位差βを
プロツトすると第１０図のような直線関係が得ら
れる。また副結晶粒径ｔと全ひずみεとの間に
も、第１１図にグラフで示すような関係がある。
従つて、全方位差βが副結晶粒径ｔを測定するこ
とにより、クリープひずみが求められるわけであ
つて、これに基づき、クリープ曲線のマスターカ
ーブを予め作成しておいた上で、負荷時間Ｔを記
録して上記β、ｔを測定することにより、余寿命
Trを推定できる。負荷時間Ｔが不明な場合には、
上記β，ｔを２回測定し、両測定間の時間を知つ
ておけば、余寿命Trを推定できる。
この手法に従う余寿命推定法を第１２図に示
す。運転開始後T1時間での全方位差がβ1であれ
ば、負荷時間はT1ということであるから、全方
位差βと全ひずみとの関係のマスターカーブグラ
フ(a)から全ひずみε1が求まる。この全ひずみε1
を、予め得ておいた実機と同じ温度下で得られた
種々の応力のクリープ曲線（グラフｂ）に適用
し、この全ひずみε1と負荷時間T1との交点から、
加わつた応力σを推定する。このようにして得ら
れた応力がσ2であれば、余寿命Trは、Tr＝Tf−
T1で与えられる。
す。運転開始後T1時間での全方位差がβ1であれ
ば、負荷時間はT1ということであるから、全方
位差βと全ひずみとの関係のマスターカーブグラ
フ(a)から全ひずみε1が求まる。この全ひずみε1
を、予め得ておいた実機と同じ温度下で得られた
種々の応力のクリープ曲線（グラフｂ）に適用
し、この全ひずみε1と負荷時間T1との交点から、
加わつた応力σを推定する。このようにして得ら
れた応力がσ2であれば、余寿命Trは、Tr＝Tf−
T1で与えられる。
使用時間T1が不明の場合には、上記のような
測定の後、Ｔ時間使用後に同様な測定を行う。Ｔ
時間後の全方位差がβ2で、全ひずみがε2と求まつ
た場合、第１２図のグラフ(b)に破線で示した曲線
のように全ひずみの変化傾向が一致するクリープ
曲線を推定して、全ひずみがε2の時の使用時間
T1′と、応力σ2，σ3の内挿から応力σ′を推定し、
これによつて余寿命Tr′をTr′＝Tf′−T1′にて求
めることができる。
測定の後、Ｔ時間使用後に同様な測定を行う。Ｔ
時間後の全方位差がβ2で、全ひずみがε2と求まつ
た場合、第１２図のグラフ(b)に破線で示した曲線
のように全ひずみの変化傾向が一致するクリープ
曲線を推定して、全ひずみがε2の時の使用時間
T1′と、応力σ2，σ3の内挿から応力σ′を推定し、
これによつて余寿命Tr′をTr′＝Tf′−T1′にて求
めることができる。
以上、高温疲労とクリープとの場合を各々につ
いて説明したが、次に高温疲労とクリープとが重
畳した場合の余寿命診断について説明する。この
時の手順は、第１３図に示す。クリープ被害は全
方位差βにより検出し、疲労被害は半価幅ｂによ
り検出するものとする。クリープ被害について
は、前述したとおりまず第１３図の(a)のマスター
カーブにより全ひずみを求め、この全ひずみに基
づき同図のグラフ(b)から余寿命Trを求め、これ
によつてφe＝Ｔ／Tfを求める。一方、半価幅ｂ
により、同図(c)に示すマスターカーブを用いて疲
労被害に関する余寿命Nrを求める。これによつ
て、寿命消費率φf＝Ｎ／Nfを求める。双方の寿
命消費率φe，φfを得た段階で、あらかじめ実験室
で求めておいた疲労とクリープとの重畳下におけ
る被害曲線に両方の値を適用させ、もつて全体の
被害を検出して余寿命を推定する。第１３図の(d)
が、その被害曲線を示すとともに、両方の寿命消
費率φe，φfの適用を示すものである。
いて説明したが、次に高温疲労とクリープとが重
畳した場合の余寿命診断について説明する。この
時の手順は、第１３図に示す。クリープ被害は全
方位差βにより検出し、疲労被害は半価幅ｂによ
り検出するものとする。クリープ被害について
は、前述したとおりまず第１３図の(a)のマスター
カーブにより全ひずみを求め、この全ひずみに基
づき同図のグラフ(b)から余寿命Trを求め、これ
によつてφe＝Ｔ／Tfを求める。一方、半価幅ｂ
により、同図(c)に示すマスターカーブを用いて疲
労被害に関する余寿命Nrを求める。これによつ
て、寿命消費率φf＝Ｎ／Nfを求める。双方の寿
命消費率φe，φfを得た段階で、あらかじめ実験室
で求めておいた疲労とクリープとの重畳下におけ
る被害曲線に両方の値を適用させ、もつて全体の
被害を検出して余寿命を推定する。第１３図の(d)
が、その被害曲線を示すとともに、両方の寿命消
費率φe，φfの適用を示すものである。
この最後の操作つまり被害曲線を用いて寿命を
推定する方法の詳細を、第１４図を用いて説明す
る。運転開始後、運転時間Ｔ及び繰返し数Ｎを記
録しておく。定期点検時に、半価幅ｂと全方位差
βとを測定し、これらの値から各々疲労被害、ク
リープ被害に基づく被害度φf，φeを推定する。こ
こまでは上記説明したとおりである。次に、各被
害度φf，φeを被害曲線上にブロツトする。即ち、
φf＝m′、φe＝m″とすれば、第１４図上の点ｍが
被害点となる。原点ｌと被害点ｍとを直線で結
び、更に被害曲線まで延長して、被害曲線との交
点をｎとする。ｌからｍに至るまでに要した時間
はＴ、繰返し数はＮであるので、余寿命は Tr＝Ｔ・mn／lmまたはNr＝Ｎ・mn／lm と表わせる。（式中、mnは点ｍと点ｎとの距離、
lmは点ｌと点ｍとの距離である）。
推定する方法の詳細を、第１４図を用いて説明す
る。運転開始後、運転時間Ｔ及び繰返し数Ｎを記
録しておく。定期点検時に、半価幅ｂと全方位差
βとを測定し、これらの値から各々疲労被害、ク
リープ被害に基づく被害度φf，φeを推定する。こ
こまでは上記説明したとおりである。次に、各被
害度φf，φeを被害曲線上にブロツトする。即ち、
φf＝m′、φe＝m″とすれば、第１４図上の点ｍが
被害点となる。原点ｌと被害点ｍとを直線で結
び、更に被害曲線まで延長して、被害曲線との交
点をｎとする。ｌからｍに至るまでに要した時間
はＴ、繰返し数はＮであるので、余寿命は Tr＝Ｔ・mn／lmまたはNr＝Ｎ・mn／lm と表わせる。（式中、mnは点ｍと点ｎとの距離、
lmは点ｌと点ｍとの距離である）。
運転開始からの時間Ｔや繰返し数Ｎが不明の場
合には、更に運転を継続して次の定期点検時に半
価幅ｂと全方位差βとを測定して各々２つのデー
タを得ておくとともに、両定期点検間の使用時間
Ｔ及び繰返し数Ｎを記録することにより、余寿命
を求めることができる。第１４図上で、２回目の
点検時における被害点をｏとし、１回目の被害点
ｍとを結ぶ直線と被害曲線との交点をｎとする
と、この場合の余寿命は、 Tr＝Ｔ・on／moまたはNr＝Ｎ・on／mo となる。（第１４図で、先きに説明した直線lmと
この場合の直線moとが一致しているが、これは
運転モードが変わらない限り同一の直線になるか
らである）。
合には、更に運転を継続して次の定期点検時に半
価幅ｂと全方位差βとを測定して各々２つのデー
タを得ておくとともに、両定期点検間の使用時間
Ｔ及び繰返し数Ｎを記録することにより、余寿命
を求めることができる。第１４図上で、２回目の
点検時における被害点をｏとし、１回目の被害点
ｍとを結ぶ直線と被害曲線との交点をｎとする
と、この場合の余寿命は、 Tr＝Ｔ・on／moまたはNr＝Ｎ・on／mo となる。（第１４図で、先きに説明した直線lmと
この場合の直線moとが一致しているが、これは
運転モードが変わらない限り同一の直線になるか
らである）。
ｍ点から運転条件が変わり、疲労被害のみが加
わるようになつた場合には、ｍ点からφf軸（横
軸）に平行に直線をひいて被害曲線との交点ｐを
求め、両点ｍ，ｐからφf軸に降した点を各々m′，
p′とすれば、余寿命は Nr＝Ｎ・m′p′／lm′ で表わされる。（式中、m′p′は点m′と点p′との距
離、lm′は点ｌと点m′との距離である。） ｍ点からクリープ被害のみが加わるようになる
場合は、同様にしてφe軸（たて軸）に関してm″，
q′点を求め、この時余寿命Trを次式で得る。
わるようになつた場合には、ｍ点からφf軸（横
軸）に平行に直線をひいて被害曲線との交点ｐを
求め、両点ｍ，ｐからφf軸に降した点を各々m′，
p′とすれば、余寿命は Nr＝Ｎ・m′p′／lm′ で表わされる。（式中、m′p′は点m′と点p′との距
離、lm′は点ｌと点m′との距離である。） ｍ点からクリープ被害のみが加わるようになる
場合は、同様にしてφe軸（たて軸）に関してm″，
q′点を求め、この時余寿命Trを次式で得る。
Tr＝Ｔ・m″q′／lm″
（式中、m″q′は点m″と点q′との距離、lm″は点
ｌと点m″との距離である。） 疲労とクリープとが継続して加わるが、ｍ点か
ら運転モードが変わるなどして条件が変わつた場
合には次のようにして求める。使用時間Ｔと繰返
し数Ｎを記録して、半価幅ｂと全方位差βを測定
し、既に説明したのと同様な手順で被害度を求め
る。この時被害点が図のｒ点に来たとすれば、直
線mrの延長線と被害曲線との交点をｓとして、
余寿命は Nr＝Ｎ・rs／mrまたはTr＝Ｔ・rs／mr と求まるのである。（式中、rsは点ｒと点ｓとの
距離、mrは点ｍと点ｒとの距離である。） 以上の寿命予知法の手順をフロー図で示したの
が第１５図である。この図を用いて手順を略述す
る。運転を開始すると、運転条件である温度、時
間、繰返し数を記録する。定期定検時に、破損の
おそれのある部分の半価幅ｂを測定して、疲労寿
命消費率φfを求める。同時に全方位差βを測定し
て全ひずみｓを推定し、クリープ寿命消費率φe
を求める。寿命消費率φf，φeを被害曲線に適用し
て余寿命を評価し、余寿命Tr，Nrがともに十分
大きい場合には運転を継続し、余寿命Trまたは
Nrが小さいと判断された場合には運転を停止し、
補修または部品の取替を行う。
ｌと点m″との距離である。） 疲労とクリープとが継続して加わるが、ｍ点か
ら運転モードが変わるなどして条件が変わつた場
合には次のようにして求める。使用時間Ｔと繰返
し数Ｎを記録して、半価幅ｂと全方位差βを測定
し、既に説明したのと同様な手順で被害度を求め
る。この時被害点が図のｒ点に来たとすれば、直
線mrの延長線と被害曲線との交点をｓとして、
余寿命は Nr＝Ｎ・rs／mrまたはTr＝Ｔ・rs／mr と求まるのである。（式中、rsは点ｒと点ｓとの
距離、mrは点ｍと点ｒとの距離である。） 以上の寿命予知法の手順をフロー図で示したの
が第１５図である。この図を用いて手順を略述す
る。運転を開始すると、運転条件である温度、時
間、繰返し数を記録する。定期定検時に、破損の
おそれのある部分の半価幅ｂを測定して、疲労寿
命消費率φfを求める。同時に全方位差βを測定し
て全ひずみｓを推定し、クリープ寿命消費率φe
を求める。寿命消費率φf，φeを被害曲線に適用し
て余寿命を評価し、余寿命Tr，Nrがともに十分
大きい場合には運転を継続し、余寿命Trまたは
Nrが小さいと判断された場合には運転を停止し、
補修または部品の取替を行う。
上記詳述したように、本発明の方法は、高温環
境下で繰返し荷重を受ける金属材料にＸ線を照射
し、これによつて回折したＸ線像を得、該回折Ｘ
線像を解析して半価幅や全方位差などのパラメー
タを得、これに基づいて疲労被害とクリープ被害
との両者が重畳した場合の余寿命を推定すること
ができるものであり、破損等による事故を未然に
防ぐことができるなど、実際上まことに有利な効
果を奏する。特に、本発明の方法を適用すれば、
経歴の未知な機械構成部材についても概略の寿命
消費状態が推定され、しかも、この方法による測
定を２回繰り返して行えば残余寿命を高精度で予
測できるという優れた実用的効果を奏する。
境下で繰返し荷重を受ける金属材料にＸ線を照射
し、これによつて回折したＸ線像を得、該回折Ｘ
線像を解析して半価幅や全方位差などのパラメー
タを得、これに基づいて疲労被害とクリープ被害
との両者が重畳した場合の余寿命を推定すること
ができるものであり、破損等による事故を未然に
防ぐことができるなど、実際上まことに有利な効
果を奏する。特に、本発明の方法を適用すれば、
経歴の未知な機械構成部材についても概略の寿命
消費状態が推定され、しかも、この方法による測
定を２回繰り返して行えば残余寿命を高精度で予
測できるという優れた実用的効果を奏する。
第１図は粉末法またはラウエ法によつて得られ
るフイルム上の回折Ｘ線像を示す模式図、第２図
は回折Ｘ線強度曲線を示すとともに半価幅を説明
する図、第３図は焼きなまし材の疲労過程中の半
価幅変化を示すグラフ、第４図は半価幅を応力繰
返し数比で整理したグラフ、第５図は予加工材の
半価幅を応力繰返し数比で整理したグラフ、第６
図は半価幅で疲労寿命を推定する方法の一例を示
す図、第７図及び第８図は各々細束Ｘ線回折像を
示す模式図、第９図はクリープ変形における全方
位差と負荷時間との関係を示すグラフ、第１０図
及び第１１図は各々全方位差及び副結晶粒径と全
ひずみとの関係を示すグラフ、第１２図はクリー
プ被害を検出する方法の一例を示す図、第１３図
乃至第１５図は各々疲労とクリープとが重畳した
場合の被害を検出する手順の一例を示す図であ
る。 ｂ…半価幅（パラメータ）、β…全方位差（パ
ラメータ）。
るフイルム上の回折Ｘ線像を示す模式図、第２図
は回折Ｘ線強度曲線を示すとともに半価幅を説明
する図、第３図は焼きなまし材の疲労過程中の半
価幅変化を示すグラフ、第４図は半価幅を応力繰
返し数比で整理したグラフ、第５図は予加工材の
半価幅を応力繰返し数比で整理したグラフ、第６
図は半価幅で疲労寿命を推定する方法の一例を示
す図、第７図及び第８図は各々細束Ｘ線回折像を
示す模式図、第９図はクリープ変形における全方
位差と負荷時間との関係を示すグラフ、第１０図
及び第１１図は各々全方位差及び副結晶粒径と全
ひずみとの関係を示すグラフ、第１２図はクリー
プ被害を検出する方法の一例を示す図、第１３図
乃至第１５図は各々疲労とクリープとが重畳した
場合の被害を検出する手順の一例を示す図であ
る。 ｂ…半価幅（パラメータ）、β…全方位差（パ
ラメータ）。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 高温環境下で繰り返し荷重を受ける金属材料
にＸ線を照射し、これにより回折したＸ線像を
得、該回折Ｘ線像を解析してパラメータを求め、
該パラメータを用いて寿命を予知する方法であつ
て、回折Ｘ線半価幅を用いて疲労被害を検出し、
全方位差を用いてクリープ被害を検出することに
より、疲労とクリープとが重畳した場合の寿命を
予知する方法において、 (a) 金属材料に照射するＸ線束を十分太くするこ
とによつて得られる回折Ｘ線強度曲線から半価
幅を得ると共に、該半価幅から既知の半価幅と
疲労寿命消費率との関係に基づいて疲労寿命消
費率を推定し、 (b) 金属材料に照射するＸ線束を十分細くするこ
とによつて得られる細束Ｘ線像から全方位差を
得、 (c) 該全方位差から、既知の全方位差とクリープ
変形量との関係に基づいてクリープ変形量を推
定し、 (d) 該推定クリープ変形量から、既知の応力とク
リープとの関係を示すクリープ曲線を用いて、
加えられていた応力を推定するとともに、クリ
ープ寿命消費率を推定し、 (e) 一方、上記と別途に、前記金属材料と同組
成、同組織の試料についてテストを行つて、Ｘ
軸及びＹ軸上にそれぞれ該試料に関する疲労寿
命消費率とクリープ寿命消費率をとると共に、
XY座標面に被害曲線を求めておき、 (f) 前記(a)項で求めた疲労寿命消費率、及び、前
記(d)項で求めたクリープ寿命消費率を、前記ｅ
項で求めた座標面上にプロツトして被害曲線と
対比し、これにより余寿命を推定することを特
徴とする金属材料の寿命予知方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP55130823A JPS5756742A (en) | 1980-09-22 | 1980-09-22 | Method for foreseeing life of metallic material |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP55130823A JPS5756742A (en) | 1980-09-22 | 1980-09-22 | Method for foreseeing life of metallic material |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5756742A JPS5756742A (en) | 1982-04-05 |
| JPH0125417B2 true JPH0125417B2 (ja) | 1989-05-17 |
Family
ID=15043542
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP55130823A Granted JPS5756742A (en) | 1980-09-22 | 1980-09-22 | Method for foreseeing life of metallic material |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5756742A (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5967491B2 (ja) * | 2014-02-04 | 2016-08-10 | パルステック工業株式会社 | Ｘ線回折測定装置およびｘ線回折測定装置におけるｘ線入射角検出方法 |
| JP6320892B2 (ja) * | 2014-10-08 | 2018-05-09 | Ｊｆｅエンジニアリング株式会社 | バルブ応力検知方法、該方法を利用したバルブ寿命予測方法 |
| JP6696412B2 (ja) * | 2016-11-29 | 2020-05-20 | 日本製鉄株式会社 | 金属材料の余寿命評価方法 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5120894A (ja) * | 1974-08-09 | 1976-02-19 | Hitachi Ltd | |
| JPS5388781A (en) * | 1977-01-14 | 1978-08-04 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Method of nondestructively measuring useful life of metal material |
-
1980
- 1980-09-22 JP JP55130823A patent/JPS5756742A/ja active Granted
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5120894A (ja) * | 1974-08-09 | 1976-02-19 | Hitachi Ltd | |
| JPS5388781A (en) * | 1977-01-14 | 1978-08-04 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Method of nondestructively measuring useful life of metal material |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5756742A (en) | 1982-04-05 |
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