JPH02264843A - 硬さ測定装置 - Google Patents

硬さ測定装置

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JPH02264843A
JPH02264843A JP8667089A JP8667089A JPH02264843A JP H02264843 A JPH02264843 A JP H02264843A JP 8667089 A JP8667089 A JP 8667089A JP 8667089 A JP8667089 A JP 8667089A JP H02264843 A JPH02264843 A JP H02264843A
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JP
Japan
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hardness
ultrasonic
modulus
elasticity
poisson
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Pending
Application number
JP8667089A
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English (en)
Inventor
Bunji Ishii
石井 文治
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
  • Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 (産業上の利用分野) 本発明は、材質の異なる各種金属材料からなる薄肉部品
の硬さを容易かつ正確に測定できる硬さ測定装置に関す
る。
(従来の技術) 蒸気タービンやガスタービン等の高温設備で使用される
高温部品には、設備の起動・停止による疲労損傷や定常
運転によるクリープ損傷が蓄積され、経年的に劣化が進
行するので、高温部品の劣化の程度を定期的に検出する
必要がある。この経年劣化を非破壊的に検出する有力な
方法として硬度計測法がある。
比較的厚肉の構造物の硬度計測方法は次の二つに大別さ
れる。
一つの方法は、n1定される金属表面にダイヤモンド圧
子などの非常に硬い圧子を押し当てて金属表面に塑性変
形を与え、この塑性変形量の大きさを計測することによ
り硬度計illを行うもので、これにはビッカース、ロ
ックウェル、プリンネル硬度計等がある。
もう一つの方法は反発式と呼ばれるもので、金属表面に
鋼球を衝突させ、その衝突エネルギーの差(反発高さや
反発速度など)によって硬度を計測する方法である。こ
れにはショア、エコーチップ硬度計が分類される。
一方、薄肉部品の硬度測定には超音波硬度計が多用され
ている。
この超音波硬度計は、ビッカース硬度計などと同様、金
属表面に圧子を押付けて塑性変形を生じさせ、圧子に取
付けた振動棒の周波数変化を測定して硬度を算定するも
ので、この方法は圧痕が微少なところから薄肉部品に適
している。
(発明が解決しようとする課題) 上述のように、超音波硬度計は圧痕が微少で薄肉部品の
硬さ測定に適しているが、測定対象物は鉄鋼材料を基準
としており、超合金等のように弾性係数やポアソン比の
異なる材料を測定する場合には、被測定体の弾性係数と
ポアソン比を予め求めておき、超音波硬度計の表示値を
補正する必要がある。また、超合金は、同一組成でも、
マスターヒートの相違等により弾性係数のバラツキ幅が
大きく、硬さ測定を精度よく行うためには、被測定休の
弾性係数をその都度求めて補正する必要がある。
また更に、たとえ蒸気タービンやガスタービン等の構成
部品の超合金材料それぞれの弾性係数やポアソン比が既
知であったとしても、プラントの定期検査時など、現場
の計測作業時に一々マニュアルで補正していくことは、
作業を非常に煩雑にし、好ましくない。
一方、薄肉部品をショア硬度計やビッカース硬度計で計
測しようとしても、塑性変形が大きいため計測が不可能
であり、また、ショア、エコーチップ等の硬度計では、
薄肉部品の場合、正しい反発高さや反発速度が得られな
い。
(発明の目的) 本発明は従来技術における上述のごとき欠点を解決すべ
くなされたもので、弾性率の異なる材料からなる薄肉部
品の硬さを自動計測できる硬さAPI定装置を提供する
ことを目的とするものである。
〔発明の構成〕
(課題を解決するための手段) 本発明の硬さハ1定装置は、超音波位相比較法による音
速測定に基づく自動弾性率測定装置と、圧子に接続され
た振動棒の周波数変化に基づいて硬さを測定する超音波
硬度計測装置とを備えた硬さ測定装置において、前記自
動弾性率測定装置より求めた被測定体の弾性係数とポア
ソン比とを用いて、前記超音波硬度計測装置により得ら
れた表示硬度の補正を行い、真の硬さを自動的に算出表
示することを特徴とするものである。
(作 用) 本発明の硬さ測定装置においては、自動弾性率測定装置
を用いて水晶振動子より被測定体に縦振動を与え、被測
定体からの反射波の干渉波形の周波数特性に基づいて弾
性係数Eおよびポアソン比νを自動測定する。
ここで、被DI定休を等方性材料と仮定すると、弾性係
数Eおよびポアソン比νはそれぞれ次式により求められ
る。
E−ρVT 尻・ (3VL T11−4VT 尻)/
(VL 尻−VT Tl1)   ・・・・・・・・・
・・・  (1)シー0.5・ (VL 洸−2VT 
洸)/(VL 尻−VT 尻)  ・・・・・・・・・
・・・  (2)ここで、ρ :密度 vL:縦波の音速 VT:横波の音速 続いて、次に示す要領で超音波硬度計による硬さ計測が
行われる。
先端にダイヤモンド圧子を取付けた振動棒が共振周波数
で縦振動を引起こし、ダイヤモンド圧子は一定の試験荷
重で被測定体表面にゆっくりと押付けられる。
これにより被測定体の表面には微少な圧痕が生じるが、
この圧痕の深さは、被測定体の材料が軟らかければ深く
なり、ダイヤモンド圧子との接触面積が大きくなる。従
って圧痕の深さによって振動棒の共振周波数が変化し、
この共振周波数とダイヤモンド圧子の接触面積、特に荷
重下での接触面積との間には相関関係が成立つ。
周波数変化から得られたデータはカウンターに送られ、
そこで周波数の増分値が計測される。この周波数の増分
値ΔHと、真の硬さHとの間には次式の関係がある。
H−iE (1−ν0尻)/ EO(1−νTrt) l rrt◆ΔH−K・・・・
・・  (3) ここで、 K :各種硬さ単位換算用係数 EO:基準材である鉄鋼材料の弾性係数ν0:    
  “    ポアソン比E :被測定体の弾性係数 ν :  〃  ポアソン比 従って、パーソナルコンピュータによって、超音波硬度
計aPJ装置から得られた表示硬度の弾性係数とポアソ
ン比を、自動弾性率測定装置で求めた被測定体の弾性係
数Eとポアソン比νとを用いて補正すれば、真の硬さH
を自動的に算出することができる。
(実施例) 以ド、図面を参照して本発明の詳細な説明する。
本発明の硬さ1illl定装置は、自動弾性率測定装置
1と超音波硬度計n1装置2とパーソナルコンピュータ
3とから構成されている。
自動弾性率測定装置1は、パルス発振用のシンセサイザ
11と、このシンセサイザからの信号を入力し安定した
パース信号を作るゲート増幅器12と、このゲート増幅
器からの信号を受けて圧電振動を行う水晶振動子13と
、この圧電振動を測定試料Pに伝達する石英ガラス製の
超音波バッファロッド14とを備えている。
測定試料Pからの反射波は水晶振動子]3によって再び
電気信号に変換され、検波回路15で整流された後、信
号処理装置16に入力される。信号処理装置16の出力
はGP−I Bインターフェース17を介してシンセサ
イザ11に導かれると共に、パーソナルコンピュータ3
に人力される。
超音波硬度計n1装置2は、ハウジング21内にボール
ベアリングブツシュ22およびスプリング23を介して
摺動自在に配置された金属製のスリーブ24と、このス
リーブ内にゴムシール25を介して可動的に配置された
振動棒26と、この振動棒の先端に取付けたダイヤモン
ド圧子27とを備えている。
振動棒26には振動コンバータ28と振動検出部29が
取付けられている。これらの振動コンバータ28と振動
検出部29は増幅部30を介して周波数弁別部31に接
続されている。また、周波数弁別部31の出力はGP−
IBインターフェース32を介してパーソナルコンピュ
ータ3に入力される。このパーソナルコンピュータから
は、以下に述べる作動に基づいて真の硬さ出力値33が
出力される。
次に、上述のように構成した本発明の硬さ711j定装
置の作動を説明する。
自動弾性率装置1のシンセサイザ11とゲート増幅器1
2によりキャリア周波数の安定したパース信号をつくり
、この信号で水晶振動子13を駆動する。
水晶振動子13により発生したパース状の超音波信号は
、超音波バッファロッド14の中を伝搬し、その一部は
超音波バッファロッド14の底面で反射し、残りは測定
試料P内に入り、その全端面で多重反射を起こす。
これらの多重反射波は超音波バッファロッド14内を通
って水晶振動子13で受信され、検波回路15および信
号処理装置16を介してパーソナルコンピュータ3に入
力される。
パーソナルコンピュータ3はGP−I Bインターフェ
ース17を介してシンセサイザ11の周波数設定、信号
処理装置16による超音波信号の振幅の読込みを行い、
自動的に音速を求め、この音速より前記(1)式、(2
)式に基づいて弾性係数Eおよびポアソン比νを測定す
る。
一方、超音波硬度計Ayj装置2の駆動機構により振動
棒26の先端に取付けたダイヤモンド圧子27を測定試
料Pに接触さ仕る。これにより振動コンバータ28から
所定の周波数の振動が発生し、振動棒26を介し、縦振
動となって彼、’JilJ定体Pに伝達される。その結
果、測定試料Pの表面には、微少な圧痕が生じる。
ダイヤモンド圧子27からの反射波は振動検出部29に
よって検出され、増幅部30を経て周波数弁別部31に
入力される。この周波数弁別部31で弁別された周波数
変化はパーソナルコンピュータ3に送信され、硬さ表示
値CHVEfi)を算出する。
この硬さ表示値は、自動弾性率測定装置1およびパーソ
ナルコンピュータ3により自動計測を行った弾性係数E
およびポアソン比νを用いてパーソナルコンピュータ3
により、更に硬さ表示値を補正し、真の硬さ出力値33
として表示する。
上述した本発明の実施例によれば、被測定体の弾性率に
関係なく、薄肉部品の硬さを、微少な圧痕を与えるだけ
でΔN定することができる。また、自動測定により、作
業の迅速化が達成される上、測定誤差を小さなものにす
ることができる。
〔発明の効果〕
上述のように本発明の硬さ測定装置によれば、弾性率の
異なる月料の自動7111定が可能であり、従って構造
物の材質劣化の判定や、破壊に対する安全性を非破壊的
に確認でき、タービン部品等の薄肉部品の品質管理を効
率よく行うことができる。
【図面の簡単な説明】
図は本発明の硬さ測定装置の実施例を示す構成図である
。 1・・・自動弾性率31)定装置、2・・・超音波硬度
計測装置、3・・・パーソナルコンピュータ、11・・
・シンセサイザ、12・・・ゲート増幅器、13・・・
水晶振動子、14・・・超音波バッファ0ツド、15・
・・検波回路、16・・・信号処理装置、17・・・C
P−IBインターフェース、21・・・ハウジング、2
2・・・ボールベアリングブツシュ、23・・・スプリ
ング、24・・・金属スリーブ、25・・・ゴムシール
、26・・・振動棒、27・・・ダイヤモンド圧子、2
8・・・振動コンバータ、29・・・振動検出部、30
・・・増幅部、31・・・周波数弁別部、32・・・G
P−I Bインターフェース、33・・・真の硬さ出力
値。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 超音波位相比較法による音速測定に基づく自動弾性率測
    定装置と、圧子に接続された振動棒の周波数変化に基づ
    いて硬さを測定する超音波硬度計測装置とを備えた硬さ
    測定装置において、前記自動弾性率測定装置より求めた
    被測定体の弾性係数とポアソン比とを用いて、前記超音
    波硬度計測装置により得られた表示硬度の補正を行い、
    真の硬さを自動的に算出表示することを特徴とする硬さ
    測定装置。
JP8667089A 1989-04-05 1989-04-05 硬さ測定装置 Pending JPH02264843A (ja)

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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