JPH0313861A - 金属損傷の検出方法 - Google Patents

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１ （産業上の利用分野） 本発明は、金属材料の損傷蓄積に伴うボイドの生成・成
長形態を非破壊的に計測する金属損傷の検出方法に関す
る。

（従来の技術） 金属のクリープ等による損傷の非破壊的検出法としては
、従来からレプリカ法が広く採用されている。

このレプリカ法は、クリープ損傷等を生じた金属材料の
表面をエツチングした後、レプリカに転写し、このレプ
リカ上の転写像からボイドの形状を顕微鏡で観察するも
ので、クリープ損傷を検出するためには、結晶粒界上の
ボイドの鮮明な画像が必要であるが、レプリカで転写で
きる凹凸には限界があるため、過剰なエツチングを行わ
ざるを得ず、ボイドの定量評価に最適な観察画像を常に
得ることは困難であった。

（発明が解決しようとする課題） 従来方法において、レプリカ表面のボイドの形態を顕微
鏡で観察する場合、エツチングを過剰に行えば結晶粒界
とボイドは明確になるが、その反面、エッチピットが多
発しボイドが拡大するため、エッチピットとボイドの区
別が難しくなり、専門家以外には判別が困難となる。ま
たボイドの寸法がエツチングにより拡大し、正確な定量
評価ができないという欠点があった。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、
レプリカの顕微鏡観察に際してボイドとエッチビットを
確実に区別でき、しかもボイド寸法を正確に計Ｃｊでき
る金属損傷の検出方法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） 上記目的を達成するため、本発明の金属損傷の検出方法
は、材料エツチングを２段階に分けて実施し、各エツチ
ングの段階に応じて同一部分においてレプリカを採取し
、この２種類のレプリカの顕微鏡観察像をディジタル画
像合成する手段を用いることを特徴とするものである。

（作用） 上述のように構成した本発明方法によれば、エツチング
により生じたエッチビット等とボイドとを明確に区別で
き、ボイド寸法および形状を計測することができる。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図皿を参照して説明する。

第１図は本発明方法によりボイドを計測するための手順
図であり、第２図は本発明を実施する際に使用するのに
好適する金属損傷検出装置の構成説明図である。

第１図および第２図において、まず研磨装置１により金
属材料表面の鏡面研磨仕上げを行い、次にボイド周囲の
研磨パリ等を除去する目的で、腐蝕装置２により第１次
エツチング（軽微なエツチング）を行う。なお、第１次
エツチングを行う前に、レプリカ採取位置をテープ等に
より決定しておく。

第１次エツチング終了後、レプリカ採取装置３によりレ
プリカを採取する。

次に、前記と同一部位につき、第２次エツチング（通常
の金属組織観察用エツチングに比べて過剰なエツチング
）を行い、再びレプリカを採取する。

上記２種類のレプリカの表面に、レプリカ蒸着装置４を
用いて金属を蒸着した後、電子顕微鏡などのレプリカ観
察装置５により観察を行う。

電子顕微鏡観察画像はディジタル情報として、レプリカ
画像入力装置６を介してレプリカ画像処理装置７に入力
される。

なお電子顕微鏡観察画像は、第３図に示すように第１次
エツチング像では離散粒子画像であり、第２次エツチン
グ像では、結晶粒界と粒子を含む画像である。

レプリカ画像処理装置７は、前記２種類のレプリカ画像
をディジタル的に合成し、結晶粒界上に無い粒子をエッ
チビットとして除去する。また、結晶粒界上の点は第１
次エツチング像と第２次エツチング像では重なっている
が、第１次エツチング像の点のみを残す。

上記のようにしてボイド計７１＃１用画像が完成すると
、結晶粒界上のボイドの個数、面積、寸法などのボイド
パラメータをボイド計測装置８により計測する。さらに
、ボイドパラメータは損傷評価装置９により、第４図に
示す評価曲線を用いてクリープ損傷に換算される。

第５図は、クリープ損傷蓄積が懸念される蒸気タービン
ロータの中心孔１０のクリープ損傷検出に本発明方法を
適用した例を示すもので、ロータ中心孔エツチング装置
１１（例えば特願昭６２−１０８４９１に示す装置）お
よびレプリカ採取装置１２（例えば特願昭８３−１０７
８９４　、同６３−００８８（１７に示す装置）が使用
されており、顕微鏡観察画像は画像入力装置６により画
像処理装置７へ人力される。

また、ボイド計測装置８によりボイドパラメータを計７
ＩＩ　Ｌ、続いて損傷；・ト価装置９によりクリープ損
傷の程度が評価される。

上記において第５図（ａ）に示すロータ中心孔エツチン
グ装置１１による第１次エツチングは、温度条件などに
より異なるが、低合金鋼の場合には、例えば３％ナイタ
ル液により約５秒間程度で行う。

エツチング終了後、洗浄装置により洗浄し、第５図（ｂ
）に示すレプリカ採取装置１２によりレプリカを採取す
る。

第２次（過剰）エツチング条件も温度条件などにより異
なるが、低合金鋼の場合には、例えば３〜５％ナイタル
液により約１分間程度である。またレプリカ採取も前記
と同様にレプリカ採取装置１２により行われる。

次に、採取した２８類のレプリカに金属コーティングを
施し、走査型電子顕微鏡にて観察し、前述した手順にし
たがってボイド計測用画像を作成する。

ボイド計測装置８は、ボイドの存在する結晶粒界の割合
、結晶粒界上のボイドの個数、面積、寸法などのボイド
パラメータを正確に言１測する。また、ボイドパラメー
タは損傷評価装置９に記憶されている評価曲線（第４図
）に基づいてクリープ損傷ΦＣに換算される。

上述のように、本発明の方法によれば、従来のレプリカ
によるボイド観察法の欠点とされていた過剰なエツチン
グによるボイドの寸法変化やエッチピットの生成による
ｆｌｐ１定誤差を無くすることができ、実機タービンロ
ータ等のクリープ損傷度を正確に検出することができる
。

なお、本発明は上記した蒸気タービンのロータに限らず
、ケーシング、弁、配管などの高温機器類や各種金属材
料のクリープ損傷の検出に広く適用することができる。

［発明の効果］ 上述のように、本発明は従来のレプリカによるボイド計
測技術では避けることのできなかった過剰エツチングに
よる誤差の要因を２段階エツチングと画像合成処理を用
いて除去するようにしたので、極めて確実に、しかも精
度の良いボイド計測ならびにクリープ損傷の評価が可能
である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法の実施例の手順を示すフロー図、第
２図は本発明を実施するのに好適な装置の構成例を示す
ブロック図、第３図はレプリカ顕微鏡観察画像の画像処
理状況を示す説明図、第４図はボイドパラメータからク
リープ損傷を算出するための評価線図、第５図は本発明
方法をタービンロータに適用する例を示す説明図である
。 １０・・・・・・蒸気タービンロータの中心孔１１・・
・・・・ロータ中心孔エツチング装置１２・・・・・・
レプリカ採取装置

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 金属材料のクリープ損傷を結晶粒界ボイドの観察により
   検出する方法において、金属材料のエッチングおよびレ
   プリカ採取を２段階に分けて実施し、同一部分のレプリ
   カ観察画像を合成することにより、エッチングにより生
   じたエッチピット等とボイドとを区別し、ボイド寸法お
   よび形状を計測するようにしたことを特徴とする金属損
   傷の検出方法。