JPH02264843A

JPH02264843A - 硬さ測定装置

Info

Publication number: JPH02264843A
Application number: JP8667089A
Authority: JP
Inventors: Bunji Ishii; 石井　文治
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1989-04-05
Filing date: 1989-04-05
Publication date: 1990-10-29

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

【特許請求の範囲】

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。