应力测定方法
阅读说明：本技术 应力测定方法 (Stress measuring method ) 是由 高松弘行 福井利英 松田真理子 兜森达彦 于 2018-04-06 设计创作，主要内容包括：一种对由金属构成的被检查体的应力进行测定的方法,该方法包括：检测工序,使X射线从照射部向被检查体入射,并且利用二维检测器对X射线在被检查体衍射而形成的衍射X射线的衍射环进行检测；以及计算工序,基于检测工序的检测结果来计算被检查体的应力,在检测工序中,在将照射部以向被检查体入射的入射角处于5°以上且20°以下的范围内的方式相对于被检查体倾斜的状态下,使X射线从该照射部分别向被检查体的多个部位入射,并且利用二维检测器对各X射线在被检查体衍射而形成的衍射环进行检测。(A method of measuring stress of an object to be inspected made of metal, the method comprising: a detection step of causing an X-ray to enter the subject from the irradiation unit and detecting a diffraction ring of the diffracted X-ray, which is formed by the X-ray being diffracted by the subject, by a two-dimensional detector; and a calculation step of calculating the stress of the subject based on the detection result of the detection step, wherein in the detection step, in a state in which the irradiation section is tilted with respect to the subject so that the incident angle to the subject is in a range of 5 ° to 20 °, the X-rays are incident on a plurality of portions of the subject from the irradiation section, and the diffraction ring formed by the diffraction of each X-ray on the subject is detected by a two-dimensional detector.)
技术领域
本发明涉及对被检查体的应力进行测定的方法。
背景技术
近年，作为以非破坏方式测定由金属构成的被检查体的应力(残余应力)的方法，如专利文献1等所公开那样，正在普及使用二维检测器的二维检测法(所谓的cosα法)。该方法是基于通过以特定的入射角Ψ入射至被检查体的X射线在被检查体的衍射而产生的衍射X射线的衍射环来测定应力的方法。该二维检测法中的测定的精度大致与sin2Ψ成比例，因此，随着入射被检查体的X射线的入射角Ψ从45°起变化，测定精度降低。因此，在二维检测法中，通常，X射线向被检查体入射的入射角Ψ设为25°～65°。在专利文献1中，入射角Ψ设定为30°。
在二维检测法中，在入射被检查体的X射线的入射角Ψ处于25°～65°的范围内情况下，能够进行高精度的测定，但有时由于被检查体的形状等而无法确保适当的入射角。例如，若以X射线向被检查体入射的入射角Ψ处于上述范围的方式将能够照射X射线的照射部相对于被检查体倾斜，则有时衍射X射线或者照射部本身与被检查体发生干涉。在这样的情况下，难以高精度地测定被检查体的应力。另外，随着X射线的入射角Ψ变大，变得容易受到被检查体的表面粗糙度的影响，因此有时也无法确保适当的入射角Ψ。此外，为了测定被检查体的深部的应力，需要减小入射角Ψ，但如上述那样，该测定方法的测定精度大致与sin2Ψ成比例，因此若入射角Ψ变小则测定精度降低。因此，在无法将X射线向被检查体入射的入射角Ψ设定在25°～65°的范围内的情况下、特别是在需要将入射角Ψ设定在比25°小的范围(低入射角)内的情况下，通常，难以应用二维检测法。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2011-27550号公报
发明内容
本发明的目的在于，提供一种能够在X射线对被检查体的入射角处于5°以上且20°以下的范围内且使用二维检测法来高精度地测定被检查体的应力的应力测定方法。
根据本发明的一方面的应力测定方法是对由金属构成的被检查体的应力进行测定的方法，其中，所述应力测定方法包括：检测工序，使X射线从能够照射X射线的照射部向所述被检查体入射，并且利用二维检测器对所述X射线在所述被检查体衍射而形成的衍射X射线的衍射环进行检测；以及计算工序，基于所述检测工序的检测结果来计算所述被检查体的应力，在所述检测工序中，在将所述照射部以所述X射线向所述被检查体入射的入射角处于5°以上且20°以下的范围内的方式相对于所述被检查体倾斜的状态下，使X射线从该照射部分别向所述被检查体的多个部位入射，并且利用所述二维检测器对各X射线在所述被检查体衍射而形成的衍射环进行检测。
另外，根据本发明的另一方面的应力测定方法是对由金属构成的被检查体的应力进行测定的方法，其中，所述应力测定方法包括：检测工序，使X射线从能够照射X射线的照射部向所述被检查体入射，并且利用二维检测器对所述X射线在所述被检查体衍射而形成的衍射X射线的衍射环进行检测；以及计算工序，基于所述检测工序的检测结果来计算所述凹部的应力，在所述检测工序中，使X射线以包括从5°以上且20°以下的范围选择的特定的入射角且彼此不同的多个入射角从所述照射部向所述被检查体的特定的部位入射，并且利用所述二维检测器对各X射线在所述特定的部位衍射而形成的衍射环进行检测。
附图说明
图1是示出本发明的第一实施方式的应力测定方法的检测工序的概略图。
图2是示出本发明的第二实施方式的应力测定方法的检测工序的概略图。
图3是示出第一实施例中的入射X射线的移动方向的例子的图。
图4是示出入射X射线的照射面积与斜率误差的关系(CrMo系低合金钢)的图表。
图5是示出入射X射线的摆动角与可靠度的关系(CrMo系低合金钢)的图表。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的优选实施方式进行说明。
(第一实施方式)
参照图1对本发明的第一实施方式的应力测定方法进行说明。该应力测定方法是使用二维检测器(省略图示)来测定由钢材等金属构成的被检查体1(曲轴等)的应力的方法。被检查体1具有如下那样的形状，与以从能够照射X射线的照射部4照射的X射线向该被检查体1入射的入射角比25°大的方式相对于被检查体1倾斜的照射部4或者从该照射部4照射的X射线在被检查体1衍射而形成的衍射X射线干涉，并且，与以所述X射线向该被检查体1入射的入射角为25°以下的方式相对于被检查体1倾斜的照射部4或者从该照射部4照射的X射线在被检查体1衍射而形成的衍射X射线分离。具体而言，如图1所示，被检查体1具有表面2、以及具有从表面2凹陷且呈槽状延伸的形状的凹部3。在本实施方式中，对测定被检查体1的凹部3的应力的情况进行说明。即，在本实施方式中，若以X射线的入射角Ψ大于25°的方式将照射部4相对于凹部3倾斜，则照射部4与被检查体1的表面2发生干涉，或者衍射X射线在凹部3与表面的边界发生干涉。但是，测定部位不局限于凹部3。本应力测定方法包括检测工序和计算工序。
在检测工序中，使从能够照射X射线的照射部4照射的X射线向凹部3入射，并且利用二维检测器对所述X射线在凹部3衍射而形成的衍射X射线的衍射环R进行检测。具体而言，在该检测工序中，在将照射部4以所述X射线向凹部3入射的入射角Ψ处于5°以上且20°以下的范围(低入射角)内的方式相对于被检查体1倾斜的状态下，使X射线从该照射部4分别以恒定的入射角Ψ向凹部3内的多个部位入射，并且利用二维检测器对各X射线在凹部3衍射而形成的衍射环R进行检测。需要说明的是，此时，既可以在固定了被检查体1的状态下使照射部4移动，也可以在固定了照射部4的状态下使被检查体1移动。另外，作为所述多个部位，选择在凹部3内连续相连的部位。更优选的是，作为所述多个部位，选择沿着凹部3的延伸方向连续相连的部位。在该检测工序中，使X射线从照射部4以恒定的入射角Ψ连续对所述连续相连的部位入射，并且利用二维检测器对通过将由各X射线在所述部位衍射而形成的多个衍射环R重叠而得到的单一衍射环R进行检测。另外，向凹部3内的连续相连的部位照射的X射线的面积优选设定为被检查体1的晶粒的面积的规定倍(例如15000倍)以上。
在计算工序中，基于检测工序的检测结果(所述单一衍射环R)来计算凹部3的应力。
如以上所说明那样，在本实施方式的应力测定方法中，在检测工序中，将照射部4以X射线向被检查体1入射的入射角处于5°以上且20°以下的范围(低入射角)内的方式相对于被检查体1倾斜，因此即使在被检查体1具有在将照射部4以X射线向该被检查体1入射的入射角大于25°的方式相对于被检查体1倾斜时、该照射部4与被检查体1发生干涉的形状的情况下，也能够有效地测定被检查体1的应力。此外，在检测工序中，对与分别入射至被检查体1的多个部位的各X射线对应的多个衍射环R进行检测，因此和仅对与入射至被检查体1的单一X射线对应的单一衍射环R进行检测的情况相比，检测工序的检测结果中所包含的衍射信息(有助于衍射的结晶的信息)变多。因而，计算工序中的被检查体1的应力的计算的精度提高。
另外，在检测工序中，作为所述多个部位，选择沿着凹部3的延伸方向连续相连的部位，因此凹部3的应力的测定精度进一步提高。具体而言，认为凹部3的应力沿着该凹部3的延伸方向大致均匀，因此通过对关于沿着该方向连续相连的部位的衍射环R进行检测，从而测定精度提高。
需要说明的是，在检测工序中，作为X射线所入射的凹部3内的多个部位，也可以选择沿着凹部3的延伸方向彼此隔开间隔地排列的部位，对通过入射X射线在各部位衍射而形成的多个衍射环R进行检测。在该情况下，在计算工序中，计算从各衍射环R求出的多个检测值(应力的值)的平均值。其中，如上述实施方式那样，作为所述多个部位，选择沿着凹部3的延伸方向连续相连的部位，对该部位连续地入射X射线，从而与使X射线入射在凹部3内彼此隔开间隔地排列的多个部位的情况相比，不需要设定每个测定部位的测定条件，因此，简化检测工序的作业。
(第二实施方式)
接下来，参照图2并对本发明的第二实施方式的应力测定方法进行说明。需要说明的是，在第二实施方式中，仅对与第一实施方式不同的部分进行说明，省略与第一实施方式相同的结构、作用以及效果的说明。
在本实施方式中，如图2所示，在检测工序中，对凹部3内的单一部位以包括从5°以上且20°以下的范围选择的特定的入射角Ψ且彼此不同的多个入射角Ψ使入射X射线从照射部4入射，并且利用二维检测器对通过各X射线在凹部3衍射而形成的衍射环R进行检测。所述多个入射角Ψ从如下范围选择，该范围将所述特定的入射角Ψ作为下限值且将相对于所述特定的入射角Ψ增加了规定角度的入射角Ψ作为上限值。在本实施方式中，在检测工序中，使X射线从所述范围的下限值至上限值或者从上限值至下限值连续对凹部3入射，并且，利用二维检测器对通过将由各X射线在凹部3衍射而形成的多个衍射环重叠而得到的单一衍射环进行检测。
如以上所说明那样，在本实施方式的应力测定方法中，在检测工序中，X射线以包括从5°以上且20°以下的范围选择的特定的入射角Ψ的彼此不同的多个入射角Ψ向被***1照射，因此即使在被检查体1具有在将照射部4以X射线向该被检查体1入射的入射角大于25°的方式相对于被检查体1倾斜时、该照射部4与被检查体1发生干涉的形状的情况下，也能够有效地测定被检查体1的应力。此外，在检测工序中，利用二维检测器对与分别以彼此不同的多个入射角Ψ入射的多个X射线对应的多个衍射环R进行检测，因此和仅对与以单一入射角入射至被检查体1的X射线对应的单一衍射环进行检测的情况相比，检测工序的检测结果中所包含的衍射信息(有助于衍射的结晶的信息)变多。因而，计算工序中的凹部3的应力的计算的精度提高。
另外，在检测工序中，所述多个入射角Ψ从将特定的入射角Ψ作为下限值且将相对于所述特定的入射角Ψ增加了规定角度的入射角Ψ作为上限值的范围内进行选择，因此在以特定的入射角Ψ入射的X射线的照射部位的附近，能够得到较多的衍射信息。因而，测定精度提高。
实施例
接着，依次对上述各实施方式的实施例进行说明。在该实施例中，使用切割出被检查体1的一部分的试验片(10mm×10mm)。另外，作为被检查体1，使用由CrMo系低合金钢构成的物质。作为从照射部4对该试验片入射的X射线，使用波长为0.117mm的Cr-Kα，另外，该X射线的光束直径
在该实施例的检测工序中，在利用四点弯曲试验机对所述试验片施加有应力的状态下，使所述X射线向该试验片入射，利用二维检测器对Fe(2，1，1)的衍射面中的衍射环(2θ≤156°)进行检测。需要说明的是，θ是衍射角。并且，在计算工序中，基于上述检测的检测结果计算出应力。
(第一实施方式的实施例)
首先，参照图3及图4对第一实施方式的实施例进行说明。图3是示出向试验片入射的入射X射线的移动方向的例子。图4是示出入射X射线的入射角Ψ为5°、10°、20°以及35°的情况下的X射线的照射面积与斜率误差的关系的图表。需要说明的是，斜率误差是指测定值相对于实际施加的应力(安装于试验片的应变计的值)的误差。因而，该值越小，则越能够评价为高精度地进行了测定。
如该图4所示，在低入射角(5°、10°以及20°)下，可知存在如下倾向，随着从单一X射线的照射面积(本实施例中大约为1.8mm2)而照射面积增加，则斜率误差减小(测定精度提高)。这是因为，随着X射线的照射面积变大，从衍射X射线得到的衍射信息变多。
另外，在低入射角下，X射线的照射面积处于15mm2以上的范围内的斜率误差与能够评价为较高精度的高入射角(35°)的斜率误差为大致相同程度。换句话说，即使入射X射线的入射角Ψ为低入射角，在本实施例的情况下，通过向15mm2以上的面积照射X射线，也能够凭借与以高入射角照射单一X射线的情况相同程度的精度来进行测定。该照射面积相当于试验片的晶粒的面积(在本实施例中大约为0.001mm2)的大约15000倍以上。即，以X射线的照射面积的合计为试验片的晶粒的面积的大约15000倍以上的方式使X射线向试验片入射，从而能够凭借与以高入射角照射单一X射线的情况相同程度的精度来进行测定。
(第二实施方式的实施例)
接下来，参照图5并对第二实施方式的实施例进行说明。图5是示出入射X射线的入射角Ψ为低入射角以及高入射角的情况下的、入射X射线的入射角Ψ的变更量(相对于入射角Ψ增加的角度)与斜率误差的关系的图表。例如，入射角的变更量为6°的情况下的斜率误差的值表示基于使入射角Ψ在从低入射角选择的特定的入射角向该特定的入射角加上6°的入射角的范围内连续地变化而得到的衍射环R的计算值与应变计的值的偏差。
从该图5可知，在低入射角下，随着入射角Ψ的变更量增加而斜率误差减小(测定精度提高)。这是因为，通过将入射角Ψ在上述范围内变更从而从衍射X射线得到的衍射信息变多。
另外，在低入射角下，入射角Ψ的变更量处于6°以上的范围内的斜率误差与能够评价为较高精度的高入射角的斜率误差为相同程度。换句话说，即使入射X射线的入射角Ψ为低入射角，通过在相对于该入射角Ψ增加了6°以上的范围内一边使入射角Ψ变更一边照射X射线，从而能够凭借与以高入射角照射单一(摆动角为0°的)X射线的情况相同程度的精度来进行测定。
在此，对上述实施方式进行概要说明。
上述第一实施方式的应力测定方法是对由金属构成的被检查体的应力进行测定的方法，其中，所述应力测定方法包括：检测工序，使X射线从能够照射X射线的照射部向所述被检查体入射，并且利用二维检测器对所述X射线在所述被检查体衍射而形成的衍射X射线的衍射环进行检测；以及计算工序，基于所述检测工序的检测结果来计算所述被检查体的应力，在所述检测工序中，在将所述照射部以所述X射线向所述被检查体入射的入射角处于5°以上且20°以下的范围内的方式相对于所述被检查体倾斜的状态下，使X射线从该照射部分别向所述被检查体的多个部位入射，并且利用所述二维检测器对各X射线在所述被检查体衍射而形成的衍射环进行检测。
在本应力测定方法中，在检测工序中，将照射部以X射线向被检查体入射的入射角处于5°以上且20°以下的范围(低入射角)的方式相对于被检查体倾斜，因此，即使在被检查体具有例如在将照射部以X射线向该被检查体入射的入射角大于25°的方式相对于被检查体倾斜时该照射部与被检查体发生干涉的形状的情况下，也能够有效地测定被检查体的应力。此外，在检测工序中，对与分别入射至被检查体的多个部位的各X射线对应的多个衍射环进行检测，因此，和仅对与入射至被检查体的单一X射线对应的单一衍射环进行检测的情况相比，检测工序的检测结果中所包含的衍射信息(有助于衍射的结晶的信息)变多。因而，计算工序中的被检查体的应力的计算的精度提高。
在该情况下，优选的是，在所述检测工序中，作为所述多个部位，选择所述被检查体中的连续相连的部位，使X射线连续对该部位入射。
这样一来，被检查体的应力的测定精度进一步提高，并且，检测工序的作业简化。具体而言，认为被检查体的应力在连续相连的部位处几乎均匀，因此通过在这些部位检测衍射环，从而测定精度提高。另外，与对被检查体中彼此分离的部位分别照射X射线的情况相比，无需针对每个测定部位来设定测定条件，因此简化检测工序的作业。
此外，在该情况下，优选的是，在所述检测工序中，使X射线连续对所述连续相连的部位入射，并且利用所述二维检测器对通过将由各X射线在所述部位衍射而形成的多个衍射环重叠而得到的单一衍射环进行检测。
这样一来，检测工序进一步简化。
另外，优选的是，在所述检测工序中，以使所述X射线向所述被检查体照射的照射面积的合计为所述被检查体的晶粒的面积的规定倍以上的方式使所述X射线向所述被检查体入射。
这样一来，检测工序的检测结果中所包含的衍射信息更加变多，因此测定精度进一步提高。
另外，上述第二实施方式的应力测定方法是对由金属构成的被检查体的应力进行测定的方法，其中，所述应力测定方法包括：检测工序，使X射线从能够照射X射线的照射部向所述被检查体入射，并且，利用二维检测器对所述X射线在所述被检查体衍射而形成的衍射X射线的衍射环进行检测；以及计算工序，基于所述检测工序的检测结果来计算所述凹部的应力，在所述检测工序中，使X射线以包括从5°以上且20°以下的范围选择的特定的入射角且彼此不同的多个入射角从所述照射部向所述被检查体的特定的部位入射，并且利用所述二维检测器对各X射线在所述特定的部位衍射而形成的衍射环进行检测。
在本应力测定方法中，在检测工序中，将X射线以包括从5°以上且20°以下的范围选择的特定的入射角且彼此不同的多个入射角向被***照射，因此，即使在被检查体具有例如在将照射部以X射线向该被检查体入射的入射角大于25°的方式相对于被检查体倾斜时该照射部与被检查体发生干涉的形状的情况下，也能够有效地测定被检查体的应力。此外，在检测工序中，利用二维检测器对与以彼此不同的多个入射角入射的多个X射线分别对应的多个衍射环进行检测，因此，和仅对与入射至被检查体的单一X射线对应的单一衍射环进行检测的情况相比，检测工序的检测结果中所包含的衍射信息(有助于衍射的结晶的信息)变多。因而，计算工序中的凹部的应力的计算的精度提高。
在该情况下，优选的是，所述多个入射角从如下范围选择，该范围将所述特定的入射角作为下限值且将相对于所述特定的入射角增加了规定角度的入射角作为上限值的范围进行选择。
这样一来，在检测工序中，在以特定的入射角入射的X射线的照射部位的附近，能够得到较多的衍射信息。因而，测定精度提高。
另外，在上述第一实施方式或者上述第二实施方式的应力测定方法中，优选的是，在所述检测工序中，作为所述被检查体，使用具有如下那样的形状的物体：与以从所述照射部照射的X射线向该被检查体入射的入射角大于25°的方式相对于所述被检查体倾斜了的所述照射部或者从该照射部照射出的X射线在所述被检查体衍射而形成的衍射X射线发生干涉，并且，与以所述X射线向该被检查体入射的入射角为25°以下的方式相对于所述被检查体倾斜了的所述照射部或者从该照射部照射出的X射线在所述被检查体衍射而形成的衍射X射线分离。