JPH0614026B2 - 超音波による表面硬化層深さの測定方法 - Google Patents

超音波による表面硬化層深さの測定方法

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JPH0614026B2
JPH0614026B2 JP61120279A JP12027986A JPH0614026B2 JP H0614026 B2 JPH0614026 B2 JP H0614026B2 JP 61120279 A JP61120279 A JP 61120279A JP 12027986 A JP12027986 A JP 12027986A JP H0614026 B2 JPH0614026 B2 JP H0614026B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、超音波モードのうち表面波を利用して固体の
表面硬化層深さを測定する方法に関し、特に焼入れ、浸
炭、窒化等の表面硬化処理を施したものや、チルド鋳鉄
のチル部等における硬化層の深さを測定するのに好適な
ものである。また、ここでいう固体とは金属はもちろん
ガラス、セラミック等の非金属を含み、表面波が伝搬さ
れ得る物体をいう。
〔従来の技術〕
固体の表面硬化層深さ、例えば炭素鋼や合金鋼の焼入れ
深さは、焼入れされたその部品の強度,耐摩耗性等の機
械的性質の評価基準となるもので、従来からその部品ま
たは装置の安全性,寿命等を推定する上で不可欠の測定
対象とされていた。しかし従来から行われている測定方
法は、表面硬化処理された部品を切断し、その切断面を
研摩して目視により硬化層深さを測定する方法がほとん
どであり、僅かに非破壊的な方法として超音波の結晶粒
界および組織境界による散乱減衰を利用して、焼入硬化
層深さの測定の可能性が提案されている程度である。
(たとえば、木村勝美「金属材料の超音波垂直探傷の定
量化に関する研究」、(1971)、東工大学位論文 P.
187)前記文献で提案された測定方法は、炭素鋼におけ
る焼入れ部のマルテンサイト変態をした組織部分の弾性
的異方性と、非焼入れ部分のパーライト変態をした組織
部分の前記焼入れ部より大きい弾性的異方性との差が超
音波の減衰量の差となって現われ、その減衰量の変化に
伴って現われる林状エコーレベルの変化を利用して焼入
れ深さを測定するものである。例えば焼入れされた鋼の
表面から探傷した場合に、表面から深さ何mmのところで
林状エコーレベルが急増するかをMAスコープ図形を作
成して測定し、表面からその急増する位置までが焼入硬
化層の深さを示すものであるとする方法である。使用さ
れた超音波は縦波または横波で、前記林状エコーレベル
が急増するMAスコープ図形を得るためには、普通の探
傷におけるよりもかなり高い周波数を使用することが必
要となるであろうと提言されている。
〔発明が解決しようとする問題点〕
前記従来の超音波の散乱減衰を利用する測定方法は、普
通の鋼材の内部欠陥の探傷等におけるよりもかなり高い
周波数、例えば10MHz以上の周波数を使用することにな
り、測定する焼入硬化層の深さはある程度の深さを必要
とする。これは焼入硬化層の深さが5mm程度の浅い場合
には、前記林状エコーが送信パルスの幅内に含まれ、林
状エコーレベルの急増点の測定はもちろん林状エコーの
検出ができず測定できなくなるからである。このため測
定上一般性がなく実用には供されていないのが実状であ
る。
本発明は前記従来技術の問題点を解消するものであっ
て、表面硬化層の深さを、硬化層の深浅に関係なく定量
的かつリアルタイムに、しかも精度よく測定することが
できる測定方法を提供することを目的とする。
〔問題点を解決するための手段〕
部材表面に一定の距離に相対させて当接した送信用の表
面波探触子と受信用の表面波探触子間に表面波を送受さ
せ、その際検出される前記表面波速度と表面硬化処理を
していない部材の表面波速度との速度差を求め、次にこ
の速度差と表面硬化処理をしていない部材の表面波速度
との比を求め、この比と表面硬化層深さの対数値との比
例関係から表面硬化層の深さを測定することにより、部
材表面の硬化層の深さを、硬化層の深浅に関係なく定量
的かつリアルタイムに、しかも精度よく測定することが
できるようにした方法である。
〔作用〕
本発明は、前記した一定の間隔に相対させた送信用の表
面波探触子と受信用の表面波探触子を、表面硬化してい
ない生材の表面に設置した場合と、表面硬化されている
硬化材の表面に設置した場合との、双方における前記送
受両探触子間を伝搬した各透過波の音速を比較し、その
音速の変化する割合、すなわち音速変化率が、表面硬化
層の深さが深いほど大きくなる一定の相関関係を利用す
るもので、同一材質の異なる硬化層深さに対する較正線
図を使用することにより、その材質の硬化層深さを容易
に測定することを可能にしたものである。
〔実施例〕
本発明の実施例を炭素鋼を例に第1図ないし第5図によ
り説明する。第1図は測定方法の原理説明図、第2図は
硬化層深さの異なる各被検体の測定と各被検体に対応す
る硬化層の硬度分布との関係を示す図、第3図は第2図
における生材と硬化材とに対するCRT上に表示される
透過波のエコーパターンを示す図である。図において1
はAスコープ表示の超音波探傷器、2はCRT、3は送
信用の表面波探触子、4は受信用の表面波探触子で、表
面波探触子3,4は被検体5上に一定の距離Lで相対し
て当接されており、超音波探傷器1と高周波ケーブル6
により接続されている。7a,7b,7c,7dは被検体5の表面5
a近傍の表層部を伝搬し、距離L間を透過して表面波探
触子4に受信される透過波である。鎖線で示す8は焼入
層の組織状態が50%のマルテンサイト組織を示す焼入れ
深さdの線で、その線の位置は生材の硬度と焼入材の表
面硬度とのほぼ中間の硬度になっている層を示す。また
第2図(a)は生材、第2図(b),(c),(d)は焼入れ条件を
変え焼入れ深さdを順に深くしたものを示す。
表面波探触子3より表面波を発射すると、表面波は被検
体5の表層部を表面5aに沿って距離Lを伝搬し、伝搬し
た透過波7が受信用の表面波探触子4に受信され、CR
T2上にエコーとして出現する。このエコーの出現を第
2図の(a)〜(d)について順に行うと、第2図(a)の生材
については第3図(a)に示すように、時間軸原点の送信
パルスTより距離Lに対応した伝搬時間l経過位置に透
過波7aのエコーP0が出現する。ところが第2図(b),
(c),(d)の焼入材については第3図(b)に示すように、
第2図(a)の生材の場合に比べて透過波7b等のエコーP
の出現位置が点線で示す生材の場合のエコーP0の出現位
置よりずれて現われる。そしてこのずれ量Δlは第2図
(b),(c),(d)の各焼入材について異なり、本実施例の
焼入炭素鋼の場合には焼入れ深さdが深くなるにつれて
大きくなり、同一距離Lに対してそれだけ遅れてエコー
Pが出現する。これは表面波の伝搬速度(以下音速とい
う)を示す式 C=α・E・ρ・σ・K・μ (ここでC:音速, α:比例定数, E:ヤング率,
ρ:密度, σ:ポアソン比,K:体積弾性率,
μ:剛性率である。)において、焼入材の焼入れ深さd
が異なることにより上式中E,K,μ,σ等の値が変
り、その結果音速Cが変化するからである。この音速C
の変化は、表面波のエネルギ分布が表面5aの下ほぼ2波
長の深さまでに集中していることから、焼入硬化層の浅
い場合でも明瞭にエコーP0,PおよびΔlをCRT上に
出現させられ、焼入れ深さdの測定を可能にするもの
で、以下に焼入れ深さdと音速Cの変化率との相関を求
めて行った実験結果について第4図を参照して説明す
る。
実験は、焼入れ条件をそれぞれ変えて高周波焼入れさ
れ、焼入れ深さdの異なる直径80mm,長さ150mm,材質
S45C(JISG4051)の同一寸法・形状の複数の丸鋼材を
被検体とし、送信用および受信用の表面波探触子間距離
を第1図に示す寸法L=100mmに設定し、周波数5MHzの
表面波探触子5Z10×10S(JISZ2344)および周波数2
MHzの表面波探触子2Z10×10S(JISZ2344)の2種類
について行ったものである。第4図にその実験結果を示
す。図の横軸は前記各被検体を実験終了後に切断したの
ち研磨し、表面から第2図(b),(c),(d)の50%のマル
テンサイトの組織を示す線8までの深さdを実測した値
の対数値(単位mm)を示し、縦軸は第3図(a),(b)に示
す生材におけるエコーP0が出現するまでの透過波7aの伝
搬時間lと、焼入材におけるエコーPと生材のエコーP0
との出現位置のずれ量Δlとの比、すなわち音速変化率
S=Δl/l(%)で、値はその絶対値を示す。図中○印
は周波数が5MHzの場合の各値、△印は2MHzの場合の各
値を示す。実験結果は○印および△印のいずれの場合と
も焼入れされた硬化層の深さdと、音速変化率Sとが直
線的な相関関係を有する性質を明示しており、これら各
値を最小2乗法により回帰式を求めると、○印の場合S
=1.3logd+1.3となり、△印の場合S=0.68logd+0.65
となる。この結果また、5MHzで測定する方が2MHzで測
定するよりも音速変化率Sの値が大きく、一層精度よく
測定できることを示しており、本回帰式にもとづく較正
線図を使用することにより、前記材質における焼入れ深
さdが容易にかつリアルタイムに、しかも定量的に測定
することが可能になる。
上記説明においては、送信用と受信用との各独立した別
個の表面波探触子3,4を、被検体上に一定の距離Lで
相対させて配設したが、送信用と受信用の両表面波探触
子を一つのケース内に一定の距離Lに相対させて埋設
し、両者を一体形に形成した探触子としてもよい。一体
形にした探触子の場合は、送信用と受信用の両表面波探
触子間の距離Lは常に一定であり、距離Lの測定,相対
の正否のチェック等を行うことなく、被検体上に正しく
当接できる効果がある。
つぎに第5図を参照し、前記実験で求めた周波数5MHz
の場合の回帰式を使用して、実際の製品についての測定
結果を説明する。被検体にした製品は、油圧ショベルの
フロントアタッチメント用のピンで、高周波焼入れされ
た直径80mm,長さ150mm,材質S35Cの同一形状の10本
である。図の横軸は実際の硬化層深さdR(単位mm)で、
各被検体を測定終了後に切断し、表面から50%のマルテ
ンサイトの組織を示す層(第2図(b)等の線8)までの
深さの実測値である。縦軸は推定の硬化層深さdu(単位
mm)で、前記実験で求めた較正線図を使用して測定した
値(○印)である。各○印の推定値duは、推定値duと実
測値dRとが一致するdR=duの直線に近接した値となり、
両者間は測定誤差の平均値=−0.02mm,標準偏差σ=
0.44mmの良い相関を有しており、実用可能な精度で測定
できることが確認され、品質および安全性の向上を図る
ことが可能となった。
前記実施例の説明は、炭素鋼を例にして行ったが、本発
明は前記実施例に限定されるものではなく、広く表面硬
化された硬化層深さを有する固体を対象とするものであ
り、前記実施例と同様の方法により生材に対する硬化材
の音速変化率を求めることにより、容易に定量的に硬化
層深さを測定することが可能となり、機械的性質の評価
基準として使用することができる。
〔発明の効果〕
以上説明したように本発明は、固体の表面硬化層の深さ
を、送信用の表面波探触子と受信用の表面波探触子とを
固体表面に一定の距離を相対させて当接し、生材におけ
る透過波の音速に対する、硬化材における透過波の音速
の変化率が、表面硬化層深さの対数値と比例関係にある
ことを利用して測定するようにしたから、硬化層の深さ
を、硬化層の深浅に関係なく定量的かつリアルタイム
に、しかも精度よく測定することができる実用上顕著な
効果を有する。
【図面の簡単な説明】
図面はいずれも本発明に係わる説明図で、第1図は測定
方法の原理説明図、第2図は硬化層深さの異なる被検体
の測定とその被検体に対応する硬化層の硬度分布との関
係図、第3図は第2図に示す被検体に対するCRT上の
エコーパターンを示す図、第4図は硬化層深さと音速変
化率との相関を示す図、第5図は実際の製品の測定結果
を示す図である。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】部材の表面硬化層の深さを測定する方法で
    あって、部材表面に一定の距離に相対させて当接した送
    信用の表面波探触子と受信用の表面波探触子間に表面波
    を送受させ、その際検出される前記表面波速度と表面硬
    化処理をしていない部材の表面波速度との速度差を求
    め、次にこの速度差と表面硬化処理をしていない部材の
    表面波速度との比を求め、この比と表面硬化層深さの対
    数値との比例関係から表面硬化層の深さを測定すること
    を特徴とする超音波による表面硬化層深さの測定方法。
  2. 【請求項2】送信用の表面波探触子と受信用の表面波探
    触子の両者を、一つのケース内に一定の距離に相対させ
    て埋設し、一体に形成した探触子にしたことを特徴とす
    る特許請求の範囲第1項記載の超音波による表面硬化層
    深さの測定方法。
JP61120279A 1986-05-27 1986-05-27 超音波による表面硬化層深さの測定方法 Expired - Lifetime JPH0614026B2 (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004184378A (ja) * 2002-12-06 2004-07-02 Koyo Seiko Co Ltd 鋼製部品の脱炭または研磨焼の検査方法
WO2012036258A1 (ja) 2010-09-16 2012-03-22 株式会社Ihi 表面硬化層の測定方法及び測定装置

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6035717A (en) * 1998-05-12 2000-03-14 Krautkramer Branson, Inc. Method and apparatus for measuring the thickness of a coated material
JP2008256575A (ja) * 2007-04-06 2008-10-23 Sumitomo Metal Ind Ltd 硬化層の深さを計測する方法
JP5112942B2 (ja) * 2008-04-30 2013-01-09 川崎重工業株式会社 超音波探傷方法及び装置
JP5083271B2 (ja) * 2009-04-28 2012-11-28 株式会社Ihi 浸炭深さ測定方法及び浸炭深さ測定装置
JP5835862B2 (ja) * 2011-08-20 2015-12-24 株式会社ダイヤコンサルタント コンクリート管の診断方法

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS58150856A (ja) * 1982-03-03 1983-09-07 Hitachi Ltd 金属材料中の介在物量測定法
JPS60202357A (ja) * 1984-03-27 1985-10-12 Sumitomo Metal Ind Ltd ロ−ルの硬化深度測定方法とその装置

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004184378A (ja) * 2002-12-06 2004-07-02 Koyo Seiko Co Ltd 鋼製部品の脱炭または研磨焼の検査方法
WO2012036258A1 (ja) 2010-09-16 2012-03-22 株式会社Ihi 表面硬化層の測定方法及び測定装置
KR101501857B1 (ko) * 2010-09-16 2015-03-18 가부시키가이샤 아이에이치아이 표면경화층의 측정방법 및 측정장치

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