JPS60259930A - 金属試片の内部摩擦測定装置 - Google Patents
金属試片の内部摩擦測定装置Info
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- JPS60259930A JPS60259930A JP11614984A JP11614984A JPS60259930A JP S60259930 A JPS60259930 A JP S60259930A JP 11614984 A JP11614984 A JP 11614984A JP 11614984 A JP11614984 A JP 11614984A JP S60259930 A JPS60259930 A JP S60259930A
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- Japan
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- internal friction
- deformation
- specimen
- phase difference
- vibration
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- Pending
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-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
- G01N3/32—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress by applying repeated or pulsating forces
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- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、金属試片に引張りまたは曲げなどによる周期
的変形力を与えて該金属試片の内部摩擦を測定する装置
に関する。
的変形力を与えて該金属試片の内部摩擦を測定する装置
に関する。
金属試片に振動を与えた場合そのエネルギは支持体との
摩擦や空気抵抗などの外的要因によって消耗されるのみ
でな（、金属試片自身にある内部摩擦により熱などに変
換され減衰する。内部摩擦は試料内部の状態を反映する
ものであり、その測定によって種々の重要な知見が得ら
れる。例えば内部摩擦は鋼材中の炭素又は窒素原子の固
溶量を示し、これらの固溶量は鋼材の特性に大きな影響
を与えるので、内部摩擦測定は鋼材研究の重要な手段の
一つになっている。
摩擦や空気抵抗などの外的要因によって消耗されるのみ
でな（、金属試片自身にある内部摩擦により熱などに変
換され減衰する。内部摩擦は試料内部の状態を反映する
ものであり、その測定によって種々の重要な知見が得ら
れる。例えば内部摩擦は鋼材中の炭素又は窒素原子の固
溶量を示し、これらの固溶量は鋼材の特性に大きな影響
を与えるので、内部摩擦測定は鋼材研究の重要な手段の
一つになっている。
金属材料の内部摩擦を測定する方法は種々案出されてお
り、特公昭５３−４０１１４号公報に記載の、捩り振動
による内部摩繍自動測定方法および装置、はその−例で
ある。これは線状または短冊状の金属試片を用い、該試
片に捩りを加える励振コイル等により捩り振動の振幅が
所定値になるまで金属試片系を自励発振させ、その後自
由減衰振動に移行させ、その振動を磁界中に置かれた検
出コイル及び記録針などにより記録して減衰率をめ、か
＼る処理を温度を変えて繰り返し行ない、これらの減衰
率より内部摩擦をめる。金属試片に横振動を与える方式
もあり、これは板状の試片を用い、該試片を一端固定し
てその自由端にまたは両端固定してその中央部に横振動
を与え、然るのち自由減衰振動に移らせてその減衰率よ
り内部摩擦をめる。
り、特公昭５３−４０１１４号公報に記載の、捩り振動
による内部摩繍自動測定方法および装置、はその−例で
ある。これは線状または短冊状の金属試片を用い、該試
片に捩りを加える励振コイル等により捩り振動の振幅が
所定値になるまで金属試片系を自励発振させ、その後自
由減衰振動に移行させ、その振動を磁界中に置かれた検
出コイル及び記録針などにより記録して減衰率をめ、か
＼る処理を温度を変えて繰り返し行ない、これらの減衰
率より内部摩擦をめる。金属試片に横振動を与える方式
もあり、これは板状の試片を用い、該試片を一端固定し
てその自由端にまたは両端固定してその中央部に横振動
を与え、然るのち自由減衰振動に移らせてその減衰率よ
り内部摩擦をめる。
鉄鋼中に固溶する炭素原子、窒素原子の存在に起因する
内部摩擦は、これを温度に対してプロットするとスネー
クピークと称するピークを持つ曲線を画き、このピーク
の高さから固溶炭素、窒素量を定量することができる。
内部摩擦は、これを温度に対してプロットするとスネー
クピークと称するピークを持つ曲線を画き、このピーク
の高さから固溶炭素、窒素量を定量することができる。
ピークを生ずる温度は、振動系の固有振動によって変化
する。捩り振動の場合は２０〜５０°Ｃ１横振動の場合
は１００〜１５０℃にピーク温度がくるように固有振動
数を選ぶことが多い。
する。捩り振動の場合は２０〜５０°Ｃ１横振動の場合
は１００〜１５０℃にピーク温度がくるように固有振動
数を選ぶことが多い。
鋼材中の固溶炭素又は窒素量をめるべく内部摩擦を測定
する場合、横振動法では振動数を低くとることが難しく
、そのため上記のようにピーク温度が高くなる。しかし
温度が高いと固溶炭素、窒素各原子が析出する恐れがあ
る。捩り振動法では振動数が低く （ＩＨｚ程度）、ピ
ーク温度も低いため、固溶原子析出の恐れは少ない。し
かし捩り振動系は本質的に横揺れを受けやすく、横揺れ
が生じると捩り振動波形が乱れ、測定精度が著しく低下
する。また金属試片が捩り振動軸に関して完全な対称性
を持つとは限らず、長手方向に反りを持つ場合が少なく
ないが、この場合は横揺れが助長され、測定精度が更に
低下することが多い。
する場合、横振動法では振動数を低くとることが難しく
、そのため上記のようにピーク温度が高くなる。しかし
温度が高いと固溶炭素、窒素各原子が析出する恐れがあ
る。捩り振動法では振動数が低く （ＩＨｚ程度）、ピ
ーク温度も低いため、固溶原子析出の恐れは少ない。し
かし捩り振動系は本質的に横揺れを受けやすく、横揺れ
が生じると捩り振動波形が乱れ、測定精度が著しく低下
する。また金属試片が捩り振動軸に関して完全な対称性
を持つとは限らず、長手方向に反りを持つ場合が少なく
ないが、この場合は横揺れが助長され、測定精度が更に
低下することが多い。
また捩り振動法では試片の形状、寸法に制限がある（例
えば１負璽φＸ１００ｎ）ので、採取した試料から測定
に適した試片に加工するのに相当の手数と時間を要する
。
えば１負璽φＸ１００ｎ）ので、採取した試料から測定
に適した試片に加工するのに相当の手数と時間を要する
。
本発明は、以上のような従来技術の難点を克服するため
行なわれた種々の実験研究の結果なされたもので、前記
のような析出による誤差発生の恐れがなく、試片の製作
が容易であり、かっ試片形状が対称性を欠く場合にも高
い精度で内部摩擦を測定し得る内部摩擦測定装置を提供
するものである。
行なわれた種々の実験研究の結果なされたもので、前記
のような析出による誤差発生の恐れがなく、試片の製作
が容易であり、かっ試片形状が対称性を欠く場合にも高
い精度で内部摩擦を測定し得る内部摩擦測定装置を提供
するものである。
本発明の金属試片の内部摩擦測定装置は、金属試片に周
期的に変化する引張りまたは曲げ変形を生じさせる変形
力を付与する機構と、該変形力付与機構による金属試片
の変形を検出する検出器と、該検出器が検出した変形と
前記変形力の各基本周波数成分の位相差をめ、該位相差
の正接として内部摩擦値を算出する信号処理回路とを備
えることを特徴とするものである。次に実施例を参照し
ながら構成及び作用を詳しく説明する。
期的に変化する引張りまたは曲げ変形を生じさせる変形
力を付与する機構と、該変形力付与機構による金属試片
の変形を検出する検出器と、該検出器が検出した変形と
前記変形力の各基本周波数成分の位相差をめ、該位相差
の正接として内部摩擦値を算出する信号処理回路とを備
えることを特徴とするものである。次に実施例を参照し
ながら構成及び作用を詳しく説明する。
第１図は本発明の実施例を示す。試片としては線状、角
棒状、または短冊状などの金属試片２を用い、その上、
下端をそれぞれチャック１および６により固定し、下端
のチャック６を加振テーブル１０に接続し、該加振テー
ブルは支持バネ１１により支持部１２に保持させる。加
振テーブル１０には励振コイル１３が取付けてあり、該
コイル１３は永久磁石１４が作る磁界中に置かれる。８
及び９は支持体であり、支持部１２及び永久磁石１４は
枠型の下部支持体９内に収められ、支持体９上に取付け
られた箱状の上部支持体８内に金属試片２が置かれる。
棒状、または短冊状などの金属試片２を用い、その上、
下端をそれぞれチャック１および６により固定し、下端
のチャック６を加振テーブル１０に接続し、該加振テー
ブルは支持バネ１１により支持部１２に保持させる。加
振テーブル１０には励振コイル１３が取付けてあり、該
コイル１３は永久磁石１４が作る磁界中に置かれる。８
及び９は支持体であり、支持部１２及び永久磁石１４は
枠型の下部支持体９内に収められ、支持体９上に取付け
られた箱状の上部支持体８内に金属試片２が置かれる。
チャック１は支持体８の上面に固着され、金属試片２の
表面に接着された歪ゲージ３に対する電気回路４．５が
支持体８の側面に取付けられる。７は扉で蝶番により支
持体８に取付けられ、閉じられた状態でｆｌｉ型の該支
持体の前面開放部を覆う。扉７は支持台８及び支持体９
の上面と共に試片保護箱を構成し、これらは箱内部の温
度均一性向上のために銅などの熱伝導率の大きい金属か
ら成っている。
表面に接着された歪ゲージ３に対する電気回路４．５が
支持体８の側面に取付けられる。７は扉で蝶番により支
持体８に取付けられ、閉じられた状態でｆｌｉ型の該支
持体の前面開放部を覆う。扉７は支持台８及び支持体９
の上面と共に試片保護箱を構成し、これらは箱内部の温
度均一性向上のために銅などの熱伝導率の大きい金属か
ら成っている。
この装置で、励振コイル１３に正弦波交流電流などの周
期的に変動する電流を流すと、該コイルは周期的に変動
する上下方向の力を発生し、これは加振テーブル１０お
よびチャック６を介して金属試片２に加わり、これによ
り生ずる変形（歪み）が歪ゲージ３の抵抗変化として検
出される。歪ゲ−ジ３はホイートストンブリッジ４の一
辺をなしており、従って該ブリッジの検出端から上記周
期的変動に応じて変動する交流電圧が出力される。
期的に変動する電流を流すと、該コイルは周期的に変動
する上下方向の力を発生し、これは加振テーブル１０お
よびチャック６を介して金属試片２に加わり、これによ
り生ずる変形（歪み）が歪ゲージ３の抵抗変化として検
出される。歪ゲ−ジ３はホイートストンブリッジ４の一
辺をなしており、従って該ブリッジの検出端から上記周
期的変動に応じて変動する交流電圧が出力される。
これは増幅器５で増幅されたのち、内部摩擦算出に供せ
られる。
られる。
第２図に駆動系及び信号処理系をブロック図で示す。２
０は正弦波電流出力回路で、上述のように励振コイル１
３に正弦波電流を供給し、該コイル１３、加振テーブル
１０、金属試片２などから振動子系に直線状正弦波振動
を発生させる。この振動は歪ゲージ３により検出され、
ホイートストンブリッジの検出端の電圧変化となり、該
電圧変化は増幅器５で増幅されたのち信号処理回路２１
に供給される。信号処理回路２１では増幅器５の出力を
サンプリングし、アナログ／デジタル変換してデジタル
値をメモリなどに収集する。測定は周波数を変えて行な
うので、データ収集は出力回路２０が出力する正弦波電
流の各周波数別に行なう。データサンプリング数は各周
波数につき本例では２１２＝ ４０９６個とした。これ
らの標本値からフーリエ変換により、増幅器の出力従っ
て金属試片２の変形を示す信号の基本周波数成分を取り
出し、該基本周波数成分と励振コイル１３による駆動力
（変形力）信号との位相差をめる。この位相差δをめと
、内部摩擦は次式で定義される内部摩擦値Ｑ により評
価できる。
０は正弦波電流出力回路で、上述のように励振コイル１
３に正弦波電流を供給し、該コイル１３、加振テーブル
１０、金属試片２などから振動子系に直線状正弦波振動
を発生させる。この振動は歪ゲージ３により検出され、
ホイートストンブリッジの検出端の電圧変化となり、該
電圧変化は増幅器５で増幅されたのち信号処理回路２１
に供給される。信号処理回路２１では増幅器５の出力を
サンプリングし、アナログ／デジタル変換してデジタル
値をメモリなどに収集する。測定は周波数を変えて行な
うので、データ収集は出力回路２０が出力する正弦波電
流の各周波数別に行なう。データサンプリング数は各周
波数につき本例では２１２＝ ４０９６個とした。これ
らの標本値からフーリエ変換により、増幅器の出力従っ
て金属試片２の変形を示す信号の基本周波数成分を取り
出し、該基本周波数成分と励振コイル１３による駆動力
（変形力）信号との位相差をめる。この位相差δをめと
、内部摩擦は次式で定義される内部摩擦値Ｑ により評
価できる。
Ｑ−”＝ ｔａｎδ ・・・・・・（１）即ち内部摩擦
がない完全弾性体では交番変形力Ａｓ１ｎωｔを加える
とＢｓ１ｎωｔなる変形が生じ、両者に位相差はないが
、内部摩擦がある試片ではＢｓ１ｎ （ωｔ＋δ）なる
変形が生じ、交番変形力Ａｓ１ｎωｔとの間にはδなる
位相差が現われる。
がない完全弾性体では交番変形力Ａｓ１ｎωｔを加える
とＢｓ１ｎωｔなる変形が生じ、両者に位相差はないが
、内部摩擦がある試片ではＢｓ１ｎ （ωｔ＋δ）なる
変形が生じ、交番変形力Ａｓ１ｎωｔとの間にはδなる
位相差が現われる。
（１）式は該位相差δの正接として内部摩擦値を定義す
るものである。
るものである。
こうしてめた各周波数についての内部摩擦値をＸ−Ｙプ
ロッタ２１でプロットすると第３図のグラフが得られる
。このグラフの横軸は振動数つまり上記周波数であり、
縦軸は１０４倍した上記Ｑ−１である。炭素又は窒素の
固溶量はこのＱ−１Ｘ １０’のピーク値に１．３など
の一定数を乗じて得られる。
ロッタ２１でプロットすると第３図のグラフが得られる
。このグラフの横軸は振動数つまり上記周波数であり、
縦軸は１０４倍した上記Ｑ−１である。炭素又は窒素の
固溶量はこのＱ−１Ｘ １０’のピーク値に１．３など
の一定数を乗じて得られる。
この値は本例では約１３０ ｐｐｍである。なお試片は
７００℃から水中に焼入れした、炭素を含む極軟鋼であ
り、測定温度は２０℃である。
７００℃から水中に焼入れした、炭素を含む極軟鋼であ
り、測定温度は２０℃である。
増幅器５の出力電圧として得られる試料変形波形には、
励振コイル１３による引張変形に基ずく基本周波数以外
に不規則な雑音成分や、温度変動による歪ゲージの抵抗
変化に基ずく変動成分などが含まれるが、フーリエ変換
を施すと、前者に対しては雑音によるフーリエ成分は種
々の周波数で変形させた場合に共通な一様バツクグラン
ド雑音となるので主成分と区別され、また後者に対して
は温度による変動成分は１周期（１周波数での測定期間
）内の温度変動が一様であればフーリエ成分から除かれ
る。こうして基本周波数成分のみを容易に抽出でき、そ
の余弦成分と正弦成分（基本周波数成分のフーリエ解析
値はこれらの和で表わされる）の比が位相差の正接ｔａ
ｎδになっている。
励振コイル１３による引張変形に基ずく基本周波数以外
に不規則な雑音成分や、温度変動による歪ゲージの抵抗
変化に基ずく変動成分などが含まれるが、フーリエ変換
を施すと、前者に対しては雑音によるフーリエ成分は種
々の周波数で変形させた場合に共通な一様バツクグラン
ド雑音となるので主成分と区別され、また後者に対して
は温度による変動成分は１周期（１周波数での測定期間
）内の温度変動が一様であればフーリエ成分から除かれ
る。こうして基本周波数成分のみを容易に抽出でき、そ
の余弦成分と正弦成分（基本周波数成分のフーリエ解析
値はこれらの和で表わされる）の比が位相差の正接ｔａ
ｎδになっている。
励振コイル１３に流す電流が正弦波から歪んでいる場合
は該電流も同様にサンプリング及びフーリエ変換して基
本周波数成分をめ、上述の基本周波数成分との位相差を
める。
は該電流も同様にサンプリング及びフーリエ変換して基
本周波数成分をめ、上述の基本周波数成分との位相差を
める。
サンプリングを２１２個行ないその４０９６個のデータ
のフーリエ変換を行なうには膨大な計算を要するが、電
算機処理すれば例えば３０秒などの時間で済む。なお基
本周波数成分を取出すにはフーリエ変換に限る必要はな
く、使用する電算機の能力、特性に応じて他の計算方法
を採ってもよい。また位相差δをめるには両波形の零点
をめ、それより位相差をめるゼロクロス法もあるが、こ
れよりは波形そのものから基本周波数成分をめ、それよ
り位相差をめる方が正確である（ノイズなどに煩わされ
ない）。
のフーリエ変換を行なうには膨大な計算を要するが、電
算機処理すれば例えば３０秒などの時間で済む。なお基
本周波数成分を取出すにはフーリエ変換に限る必要はな
く、使用する電算機の能力、特性に応じて他の計算方法
を採ってもよい。また位相差δをめるには両波形の零点
をめ、それより位相差をめるゼロクロス法もあるが、こ
れよりは波形そのものから基本周波数成分をめ、それよ
り位相差をめる方が正確である（ノイズなどに煩わされ
ない）。
試片が十分な直線性を持たず、反りがある場合は、測定
開始前に励振コイルに直流電流を流して試料の反りをと
り、この状態で服期的に変動する電流を重畳させて引張
り振動を与えるとよい。試片の装着状態によっては該試
片の対称軸と変形軸が一致しない場合も生じるが、本発
明では変形力と変形における位相差が測定できればよい
から、これは何ら悪影響を与えない。
開始前に励振コイルに直流電流を流して試料の反りをと
り、この状態で服期的に変動する電流を重畳させて引張
り振動を与えるとよい。試片の装着状態によっては該試
片の対称軸と変形軸が一致しない場合も生じるが、本発
明では変形力と変形における位相差が測定できればよい
から、これは何ら悪影響を与えない。
なお実施例では試片に引張り振動を与えその変形力と変
形の位相差から内部摩１察をめたが、試片に曲げ横振動
などを与えてその変形力と変形の位相差から内部摩擦を
めてもよい。
形の位相差から内部摩１察をめたが、試片に曲げ横振動
などを与えてその変形力と変形の位相差から内部摩擦を
めてもよい。
以上説明したことから明らかなように、本発明は試片に
周期的な引張りまたは曲げ変動を与えてその変形力と変
形の各基本周波数成分の位相差から内部摩擦値をめるの
で、ノイズなどに煩わされない高精度測定ができ、また
温度は一定（當温）で変えるのは変動の周波数であるか
ら、測定温度が高くなって固溶原子が析出するなどの恐
れがない。また引張り振動を採ると試片に反りがある場
合もその反りによる悪影響がなく、該月形状、装着につ
いての厳密な条件が不要など、実用上極めて大きな利点
が得られる。
周期的な引張りまたは曲げ変動を与えてその変形力と変
形の各基本周波数成分の位相差から内部摩擦値をめるの
で、ノイズなどに煩わされない高精度測定ができ、また
温度は一定（當温）で変えるのは変動の周波数であるか
ら、測定温度が高くなって固溶原子が析出するなどの恐
れがない。また引張り振動を採ると試片に反りがある場
合もその反りによる悪影響がなく、該月形状、装着につ
いての厳密な条件が不要など、実用上極めて大きな利点
が得られる。
第１図は本発明の実施例を示す説明図、第２図は駆動及
び信号処理系の構成を示すブロック図、第３図は内部摩
擦値のグラフである。 図面で、２は金属試片、１３．１４は変形力付与機構、
３，４は変形検出器、２１は信号処理回路である。 出 願 人 新日本製鐵株式会社 代理人弁理士 青 柳 種 箱１図 第２図 ＋Ｉ沢中７１ υ叉（目ｔ）
び信号処理系の構成を示すブロック図、第３図は内部摩
擦値のグラフである。 図面で、２は金属試片、１３．１４は変形力付与機構、
３，４は変形検出器、２１は信号処理回路である。 出 願 人 新日本製鐵株式会社 代理人弁理士 青 柳 種 箱１図 第２図 ＋Ｉ沢中７１ υ叉（目ｔ）
Claims (2)
- （１）金属試片に周期的に変化する引張りまたは曲げ変
形を生じさせる変形力を付与する機構と、該変形力付与
機構による金属試片の変形を検出する検出器と、該検出
器が検出した変形と前記変形力の各基本周波数成分の位
相差をめ、該位相差の正接として内部摩擦値を算出する
信号処理回路とを備えることを特徴とする金属試片の内
部摩擦測定装置。 - （２）変形力付与機構は、金属試片に加える変形力の変
動周波数を変えることができ、また信号処理回路は各周
波数における内部摩擦値を算出可能であることを特徴と
する特許請求の範囲第１項記載の金属試片の内部摩擦測
定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11614984A JPS60259930A (ja) | 1984-06-06 | 1984-06-06 | 金属試片の内部摩擦測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11614984A JPS60259930A (ja) | 1984-06-06 | 1984-06-06 | 金属試片の内部摩擦測定装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60259930A true JPS60259930A (ja) | 1985-12-23 |
Family
ID=14679965
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11614984A Pending JPS60259930A (ja) | 1984-06-06 | 1984-06-06 | 金属試片の内部摩擦測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60259930A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100918664B1 (ko) * | 2007-07-25 | 2009-09-22 | 한국과학기술원 | 암반 동적 물성시험 장치 |
| JP2013242272A (ja) * | 2012-05-22 | 2013-12-05 | Saginomiya Seisakusho Inc | 試験装置および試験装置の制御方法 |
| CN104677948A (zh) * | 2015-03-12 | 2015-06-03 | 北京科技大学 | 一种静电激发式测量粉末冶金材料内耗值的测定仪 |
| CN106248478A (zh) * | 2016-10-10 | 2016-12-21 | 武汉钢铁股份有限公司 | 一种校准试验机加载同轴度的测量装置 |
-
1984
- 1984-06-06 JP JP11614984A patent/JPS60259930A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100918664B1 (ko) * | 2007-07-25 | 2009-09-22 | 한국과학기술원 | 암반 동적 물성시험 장치 |
| JP2013242272A (ja) * | 2012-05-22 | 2013-12-05 | Saginomiya Seisakusho Inc | 試験装置および試験装置の制御方法 |
| CN104677948A (zh) * | 2015-03-12 | 2015-06-03 | 北京科技大学 | 一种静电激发式测量粉末冶金材料内耗值的测定仪 |
| CN106248478A (zh) * | 2016-10-10 | 2016-12-21 | 武汉钢铁股份有限公司 | 一种校准试验机加载同轴度的测量装置 |
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