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JP6865569B2 - Evaluation method and evaluation device for evaluating creep damage of metallic materials - Google Patents
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JP6865569B2 - Evaluation method and evaluation device for evaluating creep damage of metallic materials - Google Patents

Evaluation method and evaluation device for evaluating creep damage of metallic materials Download PDF

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Description

本発明は、電子後方散乱回折像法を用いて金属材料のクリープ損傷を評価する方法に関する。 The present invention relates to a method of evaluating creep damage of a metallic material using electron backscatter diffraction imaging.

例えば、発電用ガスタービンを構成する金属材料は、高温下で負荷を受けることにより、変形や、き裂が発生する場合がある。材料が変形やき裂の発生など損傷を受けた状態でガスタービンの運転を続けると、運転トラブルや機器の破損にもつながることから、材料の損傷の程度を正確に評価することが求められている。金属材料のクリープ損傷の評価方法としては、従来から材料表面の組織観察等が知られていた。 For example, a metal material constituting a gas turbine for power generation may be deformed or cracked by being loaded at a high temperature. If the gas turbine is continued to operate in a state where the material is damaged such as deformation or cracks, it may lead to operation troubles or damage to the equipment. Therefore, it is required to accurately evaluate the degree of damage to the material. .. As a method for evaluating creep damage of a metal material, observation of the structure of the material surface has been conventionally known.

また、近年では、例えば、ニッケル基超合金など硬い金属材料のクリープ損傷の評価方法として、電子後方散乱回折像法を用いたものがある。特許文献1の金属材料の損傷評価方法は、金属材料の試料における複数の測定点の結晶方位を電子後方散乱回折像法により測定する測定ステップS2と、前記複数の測定点のうちの基準の測定点に対する各測定点の結晶方位差の平均で定義される平均方位差関数値を解析して前記試料の損傷パラメータを得る解析ステップS3と、前記試料と同種の金属材料から形成され損傷率が既知の他の試料を用いて予め取得しておいた損傷率および損傷パラメータの相関関係を参照することによって、前記解析ステップにおける解析の結果得られた前記試料の損傷パラメータから、当該試料の損傷率を評価する評価ステップS4と、を有している。 Further, in recent years, as a method for evaluating creep damage of a hard metal material such as a nickel-based superalloy, there is a method using an electron backscatter diffraction image method. The method for evaluating damage to a metal material in Patent Document 1 includes measurement step S2 in which the crystal orientations of a plurality of measurement points in a sample of the metal material are measured by an electron backscattering diffraction image method, and measurement of a reference among the plurality of measurement points. Analysis step S3 to obtain the damage parameter of the sample by analyzing the average orientation difference function value defined by the average of the crystal orientation difference of each measurement point with respect to the point, and the damage rate formed from the same kind of metal material as the sample is known. By referring to the correlation between the damage rate and the damage parameter obtained in advance using another sample, the damage rate of the sample can be obtained from the damage parameter of the sample obtained as a result of the analysis in the analysis step. It has an evaluation step S4 for evaluation.

特開2012−2614号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2012-2614

特許文献1に記載された方法では、各測定点の結晶方位差の平均値に基づいて、試料の損傷率を評価している。この評価方法は、例えば、高温で負荷が加えられた時に、試料に対して応力が均等に加わり、試料の全体がクリープ損傷する場合は有効であると考えられる。 In the method described in Patent Document 1, the damage rate of the sample is evaluated based on the average value of the crystal orientation differences at each measurement point. This evaluation method is considered to be effective, for example, when stress is evenly applied to the sample when a load is applied at a high temperature, and the entire sample is creep-damaged.

しかしながら、例えば、試料の一部に切欠きや孔が存在する場合、高温で負荷が加えられると、切欠きや孔の周囲に応力が集中するため、その部位では結晶方位の変化が局所的に大きくなる。そのため、従来のように、各測定点の結晶方位差の平均値に基づいて、試料の損傷率を評価すると、誤差が大きいことから、試料の損傷率を正確に評価することが困難であった。 However, for example, when a notch or a hole is present in a part of the sample, when a load is applied at a high temperature, stress is concentrated around the notch or the hole, so that the change in crystal orientation is locally caused at that part. growing. Therefore, when the damage rate of the sample is evaluated based on the average value of the crystal orientation differences of each measurement point as in the conventional case, it is difficult to accurately evaluate the damage rate of the sample because the error is large. ..

本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、試料の一部に切欠きや孔が存在する場合でも、試料の損傷率を精度よく評価できるようにすることを目的とする。 The present invention has been completed based on the above circumstances, and an object of the present invention is to enable accurate evaluation of the damage rate of a sample even if there are notches or holes in a part of the sample. To do.

本発明は、応力集中部を有する金属材料のクリープ損傷を評価する評価方法であって、前記金属材料のうち前記応力集中部を含む所定領域内における各測定点の結晶方位を電子後方散乱回折像法により測定する測定ステップと、前記各測定点の基準方位に対する結晶方位差を算出する方位差算出ステップと、前記各測定点の結晶方位差の合計値を算出する合計値算出ステップと、前記結晶方位差の合計値に基づいて、応力集中部の損傷率を評価する評価ステップとを含む。 The present invention is an evaluation method for evaluating creep damage of a metal material having a stress concentration portion, and an electron back scattering diffraction image of the crystal orientation of each measurement point in a predetermined region including the stress concentration portion of the metal material. A measurement step measured by the method, an orientation difference calculation step for calculating the crystal orientation difference with respect to the reference orientation of each measurement point, a total value calculation step for calculating the total value of the crystal orientation difference at each measurement point, and the crystal. It includes an evaluation step of evaluating the damage rate of the stress concentration portion based on the total value of the orientation differences.

本発明は、応力集中部を有する金属材料のクリープ損傷を評価する評価装置であって、前記金属材料のうち前記応力集中部を含む所定領域内における各測定点の結晶方位を電子後方散乱回折像法により測定する測定部と、データ処理部とを含み、前記データ処理部は、前記各測定点の基準方位に対する結晶方位差を算出する方位差算出処理と、前記各測定点の結晶方位差の合計値を算出する合計値算出処理と、前記結晶方位差の合計値に基づいて、応力集中部の損傷率を評価する評価処理とを実行する。 The present invention is an evaluation device for evaluating creep damage of a metal material having a stress concentration portion, and an electron back scattering diffraction image of the crystal orientation of each measurement point in a predetermined region including the stress concentration portion of the metal material. The data processing unit includes a measurement unit for measuring by the method and a data processing unit, and the data processing unit includes an orientation difference calculation process for calculating a crystal orientation difference with respect to a reference orientation of each measurement point, and a crystal orientation difference of each measurement point. The total value calculation process for calculating the total value and the evaluation process for evaluating the damage rate of the stress concentration portion based on the total value of the crystal orientation differences are executed.

本発明によれば、試料の一部に切欠き部や孔などの応力集中部が存在する場合でも、試料の損傷率を精度よく評価できる。 According to the present invention, the damage rate of a sample can be accurately evaluated even when a stress concentration portion such as a notch or a hole is present in a part of the sample.

実施形態1における、評価装置のブロック図Block diagram of the evaluation device according to the first embodiment ガスタービンロータの斜視図Perspective view of gas turbine rotor タービンディスクに動翼を取り付けた状態を示す斜視図Perspective view showing the state where the moving blades are attached to the turbine disk. 試験片の化学成分の概略及び引張特性をまとめた図Diagram summarizing the outline of the chemical composition of the test piece and the tensile properties 試験片の平面図Top view of the test piece クリープ試験機の正面図Front view of creep tester 切欠き部周辺における結晶方位の変化を示した図The figure which showed the change of the crystal orientation around the notch part 評価得エリアを示す図Diagram showing the evaluation area 第1損傷パラメータU1と損傷率Zの関係を示す図The figure which shows the relationship between the 1st damage parameter U1 and the damage rate Z 損傷率Zの評価方法を示すフローチャート図Flow chart showing the evaluation method of the damage rate Z 測定点と結晶方位差を示す図Diagram showing measurement point and crystal orientation difference 評価対象と同一の金属材料について未損傷品の結晶方位差Hの分布を示す図The figure which shows the distribution of the crystal orientation difference H of the undamaged product about the same metal material as the evaluation target. 応力集中部が存在しない試料の破断状態における各点の結晶方位差を示す図The figure which shows the crystal orientation difference of each point in the fracture state of the sample which does not have a stress concentration part. 実施形態2における試験片の平面図Top view of the test piece according to the second embodiment 各試験片の応力集中部について、応力方向の長さを比較した図The figure which compared the length in the stress direction about the stress concentration part of each test piece. 第1損傷パラメータU1と損傷率Zの関係を示す図The figure which shows the relationship between the 1st damage parameter U1 and the damage rate Z 第2損傷パラメータU2と損傷率Zの関係を示す図The figure which shows the relationship between the 2nd damage parameter U2 and the damage rate Z 孔周辺における結晶方位の変化を示した図The figure which showed the change of the crystal orientation around a hole 損傷率Zの評価方法を示すフローチャート図Flow chart showing the evaluation method of the damage rate Z

<実施形態1>
以下、図1〜図13を参照しつつ、金属材料のクリープ損傷を評価する評価装置ついて詳細に説明する。尚、クリープ損傷とは、高温及び応力負荷環境下で使用されることにより、金属材料が損傷することを意味する。具体的には、絶対温度で融点の半分以上であって、応力が少しでも加わった環境下で使用されることにより、金属材料が損傷することを意味する。
<Embodiment 1>
Hereinafter, an evaluation device for evaluating creep damage of a metal material will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 13. In addition, creep damage means that the metal material is damaged by being used in a high temperature and stress load environment. Specifically, it means that the metal material is damaged by being used in an environment where the absolute temperature is more than half of the melting point and even a little stress is applied.

1.評価装置1の構成
図1には、金属材料のクリープ損傷を評価する評価装置のブロック図を示す。評価装置1は、測定部5と、データ処理装置20とを備えている。測定部5は、走査型電子顕微鏡(Scanning Electron Microscope:SEM)10と、EBSD(Electron Back Scatter Diffraction)検出器14と、3つの制御ユニット17、18、19を有している。
1. 1. Configuration of Evaluation Device 1 FIG. 1 shows a block diagram of an evaluation device for evaluating creep damage of a metal material. The evaluation device 1 includes a measurement unit 5 and a data processing device 20. The measuring unit 5 includes a scanning electron microscope (SEM) 10, an EBSD (Electron Back Scatter Diffraction) detector 14, and three control units 17, 18, and 19.

走査型電子顕微鏡10は、内部に試料Wを固定可能な試料ステージ11が配された試料室12と、この試料Wに電子線を照射可能な電子銃13とを備えた一般的な構成のものである。また、EBSD検出器14は、試料Wへの電子線照射によって生じる電子後方散乱回折像を投影するスクリーン15と、投影された電子後方散乱回折像を撮像するための高感度カメラ16とを備えた一般的な構成のものである。 The scanning electron microscope 10 has a general configuration including a sample chamber 12 in which a sample stage 11 capable of fixing a sample W can be arranged therein, and an electron gun 13 capable of irradiating the sample W with an electron beam. Is. Further, the EBSD detector 14 includes a screen 15 for projecting an electron backscatter diffraction image generated by irradiating the sample W with an electron beam, and a high-sensitivity camera 16 for capturing the projected electron backscatter diffraction image. It has a general configuration.

3つの制御ユニット17、18、19は、電子銃による電子線照射を制御する電子線制御ユニット17、試料ステージ11の位置及び角度を制御するステージ制御ユニット18、および、高感度カメラ16による撮像を制御するカメラ制御ユニット19からなる。これらの制御ユニット17、18、19はデータ処理装置20に接続されており、CPU21からの指令により試料ステージ11、電子銃13および高感度カメラ16を制御する。 The three control units 17, 18, and 19 are an electron beam control unit 17 that controls electron beam irradiation by an electron gun, a stage control unit 18 that controls the position and angle of a sample stage 11, and an image pickup by a high-sensitivity camera 16. It is composed of a camera control unit 19 for controlling. These control units 17, 18 and 19 are connected to the data processing device 20 and control the sample stage 11, the electron gun 13 and the high-sensitivity camera 16 according to a command from the CPU 21.

データ処理装置20は、コンピュータにより構成されており、電子線照射の制御や回折像の取得、方位解析等を行う測定・解析用プログラムを実行するCPU21と、ハードディスク22とを備えている。ハードディスク22には、データ記憶領域23、プログラム記憶領域24がそれぞれ確保されている。データ記憶領域23には、後述する相関曲線Lのデータ等が記憶されている。また、プログラム記憶領域24には、結晶方位の解析及び金属材料の損傷率Zを評価するためのプログラムなどが記憶されている。 The data processing device 20 is composed of a computer, and includes a CPU 21 that executes a measurement / analysis program that controls electron beam irradiation, acquires a diffraction image, performs orientation analysis, and the like, and a hard disk 22. A data storage area 23 and a program storage area 24 are secured on the hard disk 22, respectively. The data storage area 23 stores data of the correlation curve L, which will be described later. Further, the program storage area 24 stores a program for analyzing the crystal orientation and evaluating the damage rate Z of the metal material.

本実施形態において、クリープ損傷の評価対象となるのは、ニッケル基超合金等の金属材料であり、特に応力集中部を有する材料である。
例えば、ガスタービンなどの動翼30は、ニッケル基超合金から構成されている。図2に示すように、動翼30は、タービンディスク40に取り付けられており、図3に示すように、冷却用の空気孔35が形成されている。こうした動翼30は、ガスタービンの駆動時は、高速で回転し、高温下で負荷が継続的に加わる状態となることから、空気孔35の周囲に応力が集中し、金属材料はクリープ損傷する。
In the present embodiment, the creep damage is evaluated for a metal material such as a nickel-based superalloy, and particularly a material having a stress concentration portion.
For example, the moving blade 30 of a gas turbine or the like is composed of a nickel-based superalloy. As shown in FIG. 2, the moving blade 30 is attached to the turbine disc 40, and as shown in FIG. 3, an air hole 35 for cooling is formed. When the gas turbine is driven, the rotor blades 30 rotate at a high speed and are in a state where a load is continuously applied at a high temperature. Therefore, stress is concentrated around the air holes 35 and the metal material is creep-damaged. ..

尚、応力集中部としては、空気孔35などの孔以外にも、切欠き部等を例示することが出来る。 As the stress concentration portion, a notch portion or the like can be exemplified in addition to the holes such as the air hole 35.

2.クリープ試験と相関曲線Lの取得
クリープ試験は、試験片100に対して高温状態下で一定の応力を加え続ける試験である。クリープ試験の試験片100は、損傷評価の試料と同じ材料であって、応力集中部の形状を模した形状となっている。
2. Creep test and acquisition of correlation curve L The creep test is a test in which a constant stress is continuously applied to the test piece 100 under a high temperature state. The test piece 100 of the creep test is made of the same material as the sample for damage evaluation, and has a shape imitating the shape of the stress concentration portion.

具体的には、試験片100の材料はニッケル基超合金であり、化学成分の概略及び引張特性は、図4に示す通りである。また、本実施形態では、応力集中部の形状として、切欠き形状を想定しており、試験片100は、図5に示すように、中央部両側に概ねV字型の切欠き部120を有した形状となっている。図5の(a)は、試験片100の全体を示し、(b)は切り欠き部120を拡大して示している。 Specifically, the material of the test piece 100 is a nickel-based superalloy, and the outline of the chemical composition and the tensile properties are as shown in FIG. Further, in the present embodiment, a notch shape is assumed as the shape of the stress concentration portion, and the test piece 100 has substantially V-shaped notch portions 120 on both sides of the central portion as shown in FIG. It has a shaped shape. FIG. 5A shows the entire test piece 100, and FIG. 5B shows the cutout portion 120 in an enlarged manner.

尚、試験片100の寸法は、次の通りである。
試験片100の全長Aは68mm、両端部105の長さBは24mm、中央部110の長さCは20mmである。
試験片100の幅W1は8mm、中央部110の幅W2=4mm、板厚は1.5mmである。
切欠き部120の長さΦ1は0.23mm、深さDは0.25mm、角度θは30°である。
The dimensions of the test piece 100 are as follows.
The total length A of the test piece 100 is 68 mm, the length B of both ends 105 is 24 mm, and the length C of the central portion 110 is 20 mm.
The width W1 of the test piece 100 is 8 mm, the width W2 of the central portion 110 is 4 mm, and the plate thickness is 1.5 mm.
The notch portion 120 has a length Φ1 of 0.23 mm, a depth D of 0.25 mm, and an angle θ of 30 °.

図6は、クリープ試験機の正面図である。クリープ試験機70は、試験片100の周囲温度を高温状態にするためのヒータ71と、試験片100に応力を加える引張部75を有している。 FIG. 6 is a front view of the creep tester. The creep tester 70 has a heater 71 for raising the ambient temperature of the test piece 100 to a high temperature state, and a tension portion 75 for applying stress to the test piece 100.

そして、図6に示す試験機70を使用して、試験片100に対してクリープ試験を行った。具体的には、周囲温度880℃にて、試験片100に対して294MPaの応力を加え続けた。 Then, using the testing machine 70 shown in FIG. 6, a creep test was performed on the test piece 100. Specifically, at an ambient temperature of 880 ° C., a stress of 294 MPa was continuously applied to the test piece 100.

試験中は、常時、光学顕微鏡を通してき裂の発生、成長等の損傷挙動を観察した。図7は、切欠き部周辺における結晶方位の変化を示した図であり、(a)は初期状態における各点の結晶方位差、(b)は損傷率Z=0.45の状態における各点の結晶方位差、(c)は損傷率Z=0.73の状態における各点の結晶方位差、(d)破断直前の状態における各点の結晶方位差である。 During the test, damage behavior such as crack formation and growth was constantly observed through an optical microscope. FIG. 7 is a diagram showing changes in crystal orientation around the notch, where (a) is the difference in crystal orientation at each point in the initial state, and (b) is each point in the state where the damage rate Z = 0.45. The crystal orientation difference of (c) is the crystal orientation difference of each point in the state of damage rate Z = 0.73, and (d) the crystal orientation difference of each point in the state immediately before fracture.

損傷率Zは、クリープ環境下(高温で応力が継続的に加わる環境下)における、金属材料の損傷度合であり、本明細書では下記の(1)式にて定義する。 The damage rate Z is the degree of damage to the metal material in a creep environment (an environment in which stress is continuously applied at a high temperature), and is defined by the following equation (1) in the present specification.

Z=T/Tf・・・・・・(1)式
「T」は初期からの経過時間である。「Tf」は初期から破断までの経過時間であり、本試験では156.8時間である。
Z = T / Tf ..... (1) Equation "T" is the elapsed time from the initial stage. “Tf” is the elapsed time from the initial stage to fracture, which is 156.8 hours in this test.

図7の(b)〜(d)に示すように、結晶方位の変化は、切欠き部120の周囲で顕著に現れている。結晶方位の変化は、損傷率Zが高くなるに連れ大きく、切欠き部120を中心として範囲が広がり、最終的に破断に至っている。 As shown in FIGS. 7 (b) to 7 (d), the change in crystal orientation is prominent around the notch 120. The change in crystal orientation increases as the damage rate Z increases, and the range expands around the notch 120, eventually leading to fracture.

上記したクリープ試験中において、図8に示した一点鎖線枠で示すように、切欠き部120を含む所定の測定エリアEを対象として、試験片表面に電子線を照射して、各測定点Pの結晶方位を電子後方散乱回折法により測定した。尚、結晶方位の計測間隔は一例として5ミクロンである。そして、各損傷率Zについて、各測定点Pにおける結晶方位差Hを算出した。そして、更に、得られたデータから各損傷率Zに対応する第1損傷パラメータU1を算出した。 During the creep test described above, as shown by the alternate long and short dash line frame shown in FIG. 8, the surface of the test piece is irradiated with an electron beam for the predetermined measurement area E including the notch 120, and each measurement point P The crystal orientation of was measured by electron backscatter diffraction. The measurement interval of the crystal orientation is 5 microns as an example. Then, for each damage rate Z, the crystal orientation difference H at each measurement point P was calculated. Then, further, the first damage parameter U1 corresponding to each damage rate Z was calculated from the obtained data.

第1損傷パラメータU1は、各測定点Pの結晶方位差Hの合計値であり、本明細書では下記の(2)式にて定義する。 The first damage parameter U1 is the total value of the crystal orientation difference H at each measurement point P, and is defined in the following equation (2) in the present specification.

U1=ΣH・・・・(2)式
「H」は各測定点の結晶方位差(ただし、結晶方位差が閾値Xより小さいものは除く)
U1 = ΣH ..... (2) Equation "H" is the crystal orientation difference at each measurement point (excluding those whose crystal orientation difference is smaller than the threshold value X).

尚、電子後方散乱回折法による各測定点Pの結晶方位の測定、各測定点Pにおける結晶方位差Hの算出、第1損傷パラメータU1の算出は、後述するS20〜S60と同様の方法で行っている。 The crystal orientation of each measurement point P, the calculation of the crystal orientation difference H at each measurement point P, and the calculation of the first damage parameter U1 by the electron backscatter diffraction method are performed in the same manner as in S20 to S60 described later. ing.

図9に示す相関曲線Lは、上記したクリープ試験から得られたものであり、「第1損傷パラメータU1」と「切欠き部120を有する試験片100の損傷率Z」との関係を示している。本実施形態では、相関曲線Lのデータをハードディスク22に記憶しており、相関曲線Lを利用して、切欠き部120を有する金属材料の損傷率Zを評価する。 The correlation curve L shown in FIG. 9 is obtained from the above-mentioned creep test, and shows the relationship between the “first damage parameter U1” and the “damage rate Z of the test piece 100 having the notch 120”. There is. In the present embodiment, the data of the correlation curve L is stored in the hard disk 22, and the damage rate Z of the metal material having the notch portion 120 is evaluated by using the correlation curve L.

以下、切欠き部120を有する金属材料のクリープ損傷による損傷率Zを評価する方法について説明する。
損傷率Zの評価方法は、図10に示すように、S10〜S70の7つのステップから構成されている。以下の説明において、金属材料は、試験片100と同じくニッケル基超合金であり、試験片100と同形状で同寸法の切欠き部120を含む形状であるものとする。
Hereinafter, a method for evaluating the damage rate Z due to creep damage of the metal material having the notch portion 120 will be described.
As shown in FIG. 10, the method for evaluating the damage rate Z comprises seven steps S10 to S70. In the following description, it is assumed that the metal material is a nickel-based superalloy like the test piece 100, and has the same shape as the test piece 100 and includes a notch 120 having the same dimensions.

S10では、測定者が試料の準備を行う。すなわち、高温及び応力負荷環境下で使用された評価対象の金属材料から、切欠き部120を含む一部が試料として採取される。そして、電子後方散乱回折法による分析に適した表面状態となるように準備される。ここで、機械的研磨、電解研磨等の一般的な手法を用いることにより、電子後方散乱法による評価用の試料を作成することが出来る。 In S10, the measurer prepares the sample. That is, a part including the notch 120 is collected as a sample from the metal material to be evaluated used in a high temperature and stress load environment. Then, it is prepared so that the surface state is suitable for the analysis by the electron backscatter diffraction method. Here, a sample for evaluation by the electron backscattering method can be prepared by using a general method such as mechanical polishing or electrolytic polishing.

続く、S20では、走査型電子顕微鏡10の試料ステージ11上にセットされた評価対象の試料について、各測定点Pの結晶方位を、電子後方散乱回折法により測定する。具体的には、まず、クリープ損傷範囲を含む任意の測定エリアEを設定する。本例では、切欠き部120を含む任意の測定エリアEを設定する。そして、設定した測定エリアEを対象として、試料表面に電子線を所定ピッチで照射する。 Subsequently, in S20, the crystal orientation of each measurement point P is measured by the electron backscatter diffraction method for the sample to be evaluated set on the sample stage 11 of the scanning electron microscope 10. Specifically, first, an arbitrary measurement area E including a creep damage range is set. In this example, an arbitrary measurement area E including the notch 120 is set. Then, the sample surface is irradiated with an electron beam at a predetermined pitch in the set measurement area E.

電子線の照射により、電子後方散乱回折像が生じ、スクリーン15上に投影される。投影された電子後方散乱回折像は、高感度カメラ16により撮影され、画像データとしてデータ処理装置20に出力される。 The irradiation of the electron beam produces an electron backscatter diffraction image, which is projected onto the screen 15. The projected electron backscatter diffraction image is photographed by the high-sensitivity camera 16 and output to the data processing device 20 as image data.

続く、S30では、データ処理装置20のCPU21は、得られた電子後方散乱回折像を解析し、各測定点Pにおける結晶方位を得る。なお、この処理は、例えばTSLソリューションズ社製「OIM」等の測定・解析用プログラムを用いて公知の方法で行うことができる。得られた結晶方位は、各測定点Pの座標データとともにハードディスク22のデータ記憶領域23に記録される。尚、S20、S30の処理が本発明の「測定ステップ」に相当する。また、結晶方位の計測間隔は一例として5ミクロンである。 Subsequently, in S30, the CPU 21 of the data processing device 20 analyzes the obtained electron backscatter diffraction image to obtain the crystal orientation at each measurement point P. This process can be performed by a known method using, for example, a measurement / analysis program such as "OIM" manufactured by TSL Solutions. The obtained crystal orientation is recorded in the data storage area 23 of the hard disk 22 together with the coordinate data of each measurement point P. The processing of S20 and S30 corresponds to the "measurement step" of the present invention. The measurement interval of the crystal orientation is 5 microns as an example.

続く、S40では、データ処理装置20のCPU21は、S30で得られた各測定点Pの結晶方位に基づき、各測定点Pにおける結晶方位差Hを決定する。具体的には、対象となる測定点Pの結晶方位と基準方位(粒平均方位)との差が、その測定点Pにおける結晶方位差(GROD:Grain Reference Orientation Deviation)として算出される。この処理は、上記ステップS30と同様、例えばTSLソリューションズ社製「OIM」等、公知の測定・解析用プログラムを用いて行うことができる。尚、S40の処理が本発明の「方位差算出処理」、「方位差算出ステップ」に相当する。また、図11では、結晶粒内の基準点(基準方位の点)Poと各測定点Pとの結晶方位差Hを示している。 Subsequently, in S40, the CPU 21 of the data processing device 20 determines the crystal orientation difference H at each measurement point P based on the crystal orientation of each measurement point P obtained in S30. Specifically, the difference between the crystal orientation of the target measurement point P and the reference orientation (grain average orientation) is calculated as the crystal orientation difference (GROD: Grain Reference Orientation Deviation) at the measurement point P. Similar to step S30, this process can be performed using a known measurement / analysis program such as “OIM” manufactured by TSL Solutions. The process of S40 corresponds to the "direction difference calculation process" and the "direction difference calculation step" of the present invention. Further, FIG. 11 shows the crystal orientation difference H between the reference point (reference orientation point) Po in the crystal grain and each measurement point P.

続く、S50では、データ処理装置20のCPU21は、S40で得られた全測定点Pについて、結晶方位差Hを閾値Xと比較して、結晶方位差Hが閾値Xより大きい測定点Pを抽出する処理を行う。尚、閾値Xは、損傷部位の結晶方位差Hと未損傷部位の結晶方位差Hの境界値である。 Subsequently, in S50, the CPU 21 of the data processing device 20 compares the crystal orientation difference H with the threshold value X for all the measurement points P obtained in S40, and extracts the measurement points P whose crystal orientation difference H is larger than the threshold value X. Perform the processing to be performed. The threshold value X is a boundary value between the crystal orientation difference H of the damaged portion and the crystal orientation difference H of the undamaged portion.

図12は評価対象と同一の金属材料について、未損傷品の結晶方位差Hの分布を示している。図12に示すように、未損傷の場合でも、結晶方位差Hは存在している。図12の場合、結晶方位差Hは、1°以下に99%が収まっており、本例では、結晶方位差Hの閾値Xを1°としている。 FIG. 12 shows the distribution of the crystal orientation difference H of the undamaged product for the same metal material as the evaluation target. As shown in FIG. 12, the crystal orientation difference H is present even when it is undamaged. In the case of FIG. 12, the crystal orientation difference H is 99% within 1 °, and in this example, the threshold value X of the crystal orientation difference H is set to 1 °.

上記のように、結晶方位差Hを閾値Xと比較することで、S30で算出した全測定点Pの中から、損傷部位の測定点Pを抽出することが出来、未損傷部位の測定点Pは以降の処理から除外することが出来る。 As described above, by comparing the crystal orientation difference H with the threshold value X, the measurement point P of the damaged part can be extracted from all the measurement points P calculated in S30, and the measurement point P of the undamaged part can be extracted. Can be excluded from the subsequent processing.

その後、S60では、データ処理装置20のCPU21は、第1損傷パラメータU1を算出する。第1損傷パラメータU1は、S50で抽出した各測定点Pの結晶方位差Hの合計値である。尚、S50、S60の処理が本発明の「合計値算出処理」、「合計値算出ステップ」に相当する。 After that, in S60, the CPU 21 of the data processing device 20 calculates the first damage parameter U1. The first damage parameter U1 is the total value of the crystal orientation difference H of each measurement point P extracted in S50. The processes of S50 and S60 correspond to the "total value calculation process" and the "total value calculation step" of the present invention.

そして、S70では、データ処理装置20のCPU21は、S60にて算出した第1損傷パラメータU1に基づいて、金属材料の切欠き部120の損傷率Zを評価する。 Then, in S70, the CPU 21 of the data processing device 20 evaluates the damage rate Z of the cutout portion 120 of the metal material based on the first damage parameter U1 calculated in S60.

具体的には、ハードディスク22から、図9に示す相関曲線Lのデータを読み出す。そして、S60にて算出した第1損傷パラメータU1を、図9に示す相関曲線Lに参照することで、切欠き部120の損傷率Zを評価する。例えば、S60で算出した第1損傷パラメータU1の値が「Ua」の場合、切欠き部120の損傷率Zは「Za」であると評価出来る。尚、S70の処理が本発明の「評価処理」、「評価ステップ」に相当する。 Specifically, the data of the correlation curve L shown in FIG. 9 is read from the hard disk 22. Then, the damage rate Z of the notch portion 120 is evaluated by referring to the first damage parameter U1 calculated in S60 with the correlation curve L shown in FIG. For example, when the value of the first damage parameter U1 calculated in S60 is "Ua", the damage rate Z of the notch portion 120 can be evaluated as "Za". The process of S70 corresponds to the "evaluation process" and "evaluation step" of the present invention.

以上のように、本実施形態の評価装置1では、金属材料の切欠き部120の損傷率Zを、測定エリアE内における各測定点Pの結晶方位差Hの合計値に基づいて評価することから、平均値に比べて、損傷率Zを精度よく評価できる。 As described above, in the evaluation device 1 of the present embodiment, the damage rate Z of the notch portion 120 of the metal material is evaluated based on the total value of the crystal orientation differences H of each measurement point P in the measurement area E. Therefore, the damage rate Z can be evaluated more accurately than the average value.

具体的に説明すると、図13は、切欠き部120などの応力集中部が存在しない試料について、破断状態(Z=1.00)における、各点の結晶方位差Hを示している。図13に示すように、応力集中部が存在しない場合、結晶方位の変化は、試料の全体に概ね均一に表れる。そのため、応力集中部が存在しない場合であれば、結晶方位差Hの平均値から、金属材料の損傷率Zを精度よく推定することが可能である。 More specifically, FIG. 13 shows the crystal orientation difference H at each point in the fractured state (Z = 1.00) for a sample in which the stress concentration portion such as the notch portion 120 does not exist. As shown in FIG. 13, in the absence of the stress concentration portion, the change in crystal orientation appears almost uniformly throughout the sample. Therefore, when the stress concentration portion does not exist, it is possible to accurately estimate the damage rate Z of the metal material from the average value of the crystal orientation difference H.

一方、切欠き部120を有する金属材料は、図7の(a)〜(d)に示すように、切欠き部120の周囲に結晶方位の変化が集中し、それ以外の部位では、結晶方位の変化は小さい。そのため、平均をとると、結晶方位の変化が大きな部分が小さな部分によって平均化されてしまうことから、誤差が大きくなり、金属材料の損傷率Zを精度よく推定することは困難である。 On the other hand, in the metal material having the notch portion 120, as shown in FIGS. 7A to 7D, changes in the crystal orientation are concentrated around the notch portion 120, and the crystal orientation is concentrated in other portions. The change in is small. Therefore, when averaging is taken, the portion where the change in crystal orientation is large is averaged by the portion where the change in crystal orientation is small, so that the error becomes large and it is difficult to accurately estimate the damage rate Z of the metal material.

結晶方位差Hの合計値であれば、結晶方位の変化が大きな部分が小さな部分によって平均化されないことから、誤差が小さく、切欠き部120の損傷率Zを精度よく推定することが可能である。 If it is the total value of the crystal orientation difference H, the portion where the change in crystal orientation is large is not averaged by the small portion, so that the error is small and the damage rate Z of the notch portion 120 can be estimated accurately. ..

しかも、評価装置1では、測定エリアEに含まれる各測定点Pのうち、結晶方位差Hが閾値Xより大きいものだけを評価の対象としている。すなわち、未損傷部位の結晶方位差Hは合計から除外し、損傷部位の結晶方位差Hだけで、結晶方位差Hの合計値を算出している。このようにすることで、切欠き部120の損傷率Zを精度よく推定することが可能である。すなわち、本構成では、測定エリアEのうち、評価する範囲(結晶方位差の合計を求める範囲)を損傷部位に絞りこむことが出来るため、評価する範囲の選択による誤差を抑えることが可能であり、切欠き部120の損傷率Zを精度よく推定することが可能である。 Moreover, in the evaluation device 1, among the measurement points P included in the measurement area E, only those whose crystal orientation difference H is larger than the threshold value X are evaluated. That is, the crystal orientation difference H of the undamaged portion is excluded from the total, and the total value of the crystal orientation difference H is calculated only by the crystal orientation difference H of the damaged portion. By doing so, it is possible to accurately estimate the damage rate Z of the notch portion 120. That is, in this configuration, since the evaluation range (the range for obtaining the total crystal orientation difference) of the measurement area E can be narrowed down to the damaged part, it is possible to suppress an error due to the selection of the evaluation range. , It is possible to accurately estimate the damage rate Z of the notch portion 120.

<実施形態2>
実施形態1では、試験片100の一例として、中央部110の上下両側に切欠き部120を有する両側切欠きタイプの試験片を示した。実施形態2では、応力集中部の形状として、図5に示す切欠きタイプと、図14に示す孔タイプの2パターンについて、下記の(a)〜(e)に示す5種の試験片を用意した。尚、図14の(a)は試験片100の全体を示し、(b)は孔130を拡大して示している。
<Embodiment 2>
In the first embodiment, as an example of the test piece 100, a double-sided notch type test piece having notches 120 on both upper and lower sides of the central portion 110 is shown. In the second embodiment, five types of test pieces shown in the following (a) to (e) are prepared for two patterns of the notch type shown in FIG. 5 and the hole type shown in FIG. 14 as the shape of the stress concentration portion. did. Note that FIG. 14A shows the entire test piece 100, and FIG. 14B shows the hole 130 in an enlarged manner.

そして、各試験片100を対象に、図6に示す試験機70でクリープ試験(周囲温度880℃にて、294MPaの応力負荷)を行い、損傷率Zと第1損傷パラメータU1との関係を評価した。尚、第1損傷パラメータU1は、実施形態1と同様、結晶方位差Hの合計値である。 Then, a creep test (stress load of 294 MPa at an ambient temperature of 880 ° C.) is performed on each test piece 100 with the testing machine 70 shown in FIG. 6 to evaluate the relationship between the damage rate Z and the first damage parameter U1. did. The first damage parameter U1 is the total value of the crystal orientation difference H as in the first embodiment.

(a)両側切欠き形状品(図5参照)
(b)片側切欠き形状品
(c)孔形状品1(図14参照)
(d)孔形状品2
(e)孔形状品3
(A) Product with notches on both sides (see Fig. 5)
(B) One-sided notch-shaped product (c) Hole-shaped product 1 (see FIG. 14)
(D) Hole-shaped product 2
(E) Hole-shaped product 3

図16は、損傷率Zと第1損傷パラメータU1との関係を示すグラフであり、「◆」は両側切欠き品のデータ、「△」は片側切欠き品のデータである。また、「●」は孔形状品1のデータ、「□」は孔形状品2のデータである。 FIG. 16 is a graph showing the relationship between the damage rate Z and the first damage parameter U1, where “◆” is the data of the notched product on both sides and “Δ” is the data of the notched product on one side. Further, "●" is the data of the hole-shaped product 1, and "□" is the data of the hole-shaped product 2.

両側切欠き形状品は、実施形態1で説明した試験片100と同一形状である。また、片側切欠き形状品は、図5に示す試験片について、切欠き部120を上下いずれか一方にした形状である。 The notched shape on both sides has the same shape as the test piece 100 described in the first embodiment. Further, the one-sided notch-shaped product has a shape in which the notch portion 120 is one of the upper and lower sides of the test piece shown in FIG.

孔形状品1は、実施形態1で説明した試験片100に対して応力集中部の形状が相違しており、孔形状品1は、図14に示すように、試験片100の中央部110に孔130を有する形状となっている。孔130の直径Φは0.5mmである。孔形状品2は、孔形状品1に対して中央部110の幅W2のみ異なっており、孔形状品1はW2=4mmであるのに対して、孔形状品2はW2=6mmである。尚、図15には、各試験片100の切欠き部120の長さΦ1、孔130の直径Φ2の大きさをまとめている。 The hole-shaped product 1 has a different shape of the stress concentration portion from the test piece 100 described in the first embodiment, and the hole-shaped product 1 has a central portion 110 of the test piece 100 as shown in FIG. It has a shape having holes 130. The diameter Φ of the hole 130 is 0.5 mm. The hole-shaped product 2 differs from the hole-shaped product 1 only in the width W2 of the central portion 110, and the hole-shaped product 1 has W2 = 4 mm, whereas the hole-shaped product 2 has W2 = 6 mm. Note that FIG. 15 summarizes the sizes of the notch portion 120 of each test piece 100, the length Φ1, and the diameter Φ2 of the hole 130.

図16に示すように、「◆」で示す両側切欠き品と「△」で示す片側切欠き品は、各損傷率Zに対する第1損傷パラメータU1の数値が概ね同じ値を示しており、「◆」で示す両側切欠き品と「△」で示す片側切欠き品は、損傷率Zと第1損傷パラメータU1との関係を相関曲線Laで表すことが出来る。尚、両側切欠き品と片側切欠き品の相関曲線が共通していることは、切欠き部120の個数によらず、損傷率Zと第1損傷パラメータU1の関係は、概ね変わらないことを示している。 As shown in FIG. 16, the two-sided notched product indicated by “◆” and the one-sided notched product indicated by “Δ” show substantially the same numerical value of the first damage parameter U1 for each damage rate Z. For the two-sided notched product indicated by "◆" and the one-sided notched product indicated by "Δ", the relationship between the damage rate Z and the first damage parameter U1 can be represented by a correlation curve La. The fact that the correlation curves of the two-sided notched product and the one-sided notched product are common is that the relationship between the damage rate Z and the first damage parameter U1 is almost the same regardless of the number of notched portions 120. Shown.

また「●」で示す孔形状品1、「□」で示す孔形状品2についても、各損傷率Zに対する第1損傷パラメータU1の数値が概ね同じ値を示しており、「●」で示す孔形状品1と「□」で示す孔形状品2は、損傷率Zと第1損傷パラメータU1との関係を相関曲線Lbで表すことが出来る。尚、孔形状品1と孔形状品2の相関曲線が共通していることは、孔周りの余肉部分の幅によらず、損傷率Zと第1損傷パラメータU1の関係は、変わらないことを示している。 Further, also for the hole-shaped product 1 indicated by "●" and the hole-shaped product 2 indicated by "□", the numerical values of the first damage parameter U1 for each damage rate Z show substantially the same values, and the holes indicated by "●". In the shaped product 1 and the hole-shaped product 2 indicated by “□”, the relationship between the damage rate Z and the first damage parameter U1 can be represented by a correlation curve Lb. The fact that the correlation curves of the hole-shaped product 1 and the hole-shaped product 2 are common is that the relationship between the damage rate Z and the first damage parameter U1 does not change regardless of the width of the surplus portion around the hole. Is shown.

従って、応力集中部の形状に応じた相関曲線La、Lbを選択して使用することで、第1損傷パラメータU1から試料の損傷率Zを求めることが出来る。すなわち、切欠きタイプの場合、切欠き部120の形状と大きさが同じであれば、切欠き部120の個数に関係なく、相関曲線Laを利用して、第1損傷パラメータU1から金属材料の損傷率Zを求めることが出来る。また、孔タイプの場合、孔130の大きさが同一であれば、余肉部分の幅によらず、相関曲線Lbを利用して、第1損傷パラメータU1から金属材料の損傷率Zを求めることが出来る。 Therefore, the damage rate Z of the sample can be obtained from the first damage parameter U1 by selecting and using the correlation curves La and Lb according to the shape of the stress concentration portion. That is, in the case of the notch type, if the shape and size of the notch portions 120 are the same, the correlation curve La is used regardless of the number of the notch portions 120, and the first damage parameter U1 is used to determine the metal material. The damage rate Z can be obtained. Further, in the case of the hole type, if the sizes of the holes 130 are the same, the damage rate Z of the metal material is obtained from the first damage parameter U1 by using the correlation curve Lb regardless of the width of the surplus portion. Can be done.

「〇」で示す孔形状品3は、孔形状品1に対して孔130の直径Φ2が異なっており、孔形状品1はΦ2が0.5mmであるのに対して、孔形状品3は、Φ2が0.25mmである。 The hole-shaped product 3 indicated by "○" has a different diameter Φ2 of the hole 130 from the hole-shaped product 1, and the hole-shaped product 1 has a Φ2 of 0.5 mm, whereas the hole-shaped product 3 has a hole-shaped product 3 of 0.5 mm. , Φ2 is 0.25 mm.

「〇」で示す孔形状品3のデータは、各損傷率Zに対する第1損傷パラメータU1の数値が、孔形状品1とは異なる数値を示しており、相関曲線Lbから外れている。 The data of the hole-shaped product 3 indicated by “◯” shows that the numerical value of the first damage parameter U1 for each damage rate Z is different from that of the hole-shaped product 1, and deviates from the correlation curve Lb.

この事は、孔130の直径Φ2の相違により、相関曲線Lが異なることを示している。そのため、第1損傷パラメータU1を用いた場合、孔130の直径Φ2に応じて、それぞれ相関曲線Lが必要であることを示している。 This indicates that the correlation curve L differs due to the difference in the diameter Φ2 of the hole 130. Therefore, when the first damage parameter U1 is used, it is shown that the correlation curve L is required according to the diameter Φ2 of the hole 130.

図17は、損傷率Zと第2損傷パラメータU2との関係を示すグラフであり、「◆」は両側切欠き品のデータ、「△」は片側切欠き品のデータである。また、「●」は孔形状品1のデータ、「□」は孔形状品2のデータ、「〇」は孔形状品3のデータである。 FIG. 17 is a graph showing the relationship between the damage rate Z and the second damage parameter U2. “◆” is the data of the notched product on both sides, and “Δ” is the data of the notched product on one side. Further, "●" is the data of the hole-shaped product 1, "□" is the data of the hole-shaped product 2, and "◯" is the data of the hole-shaped product 3.

第2損傷パラメータU2は、各測定点Pの結晶方位差Hの合計値ΣHを、応力集中部の応力方向の長さΦで除した数値であり、本明細書では下記の(3)式にて定義する。 The second damage parameter U2 is a value obtained by dividing the total value ΣH of the crystal orientation difference H at each measurement point P by the length Φ in the stress direction of the stress concentration portion, and is expressed in the following equation (3) in the present specification. To define.

U2=ΣH/Φ・・・・(3)式
「H」は各測定点の結晶方位差(ただし、結晶方位差が閾値Xより小さいものは除く)
「Φ」は応力集中部の応力方向の長さ
U2 = ΣH / Φ ... (3) Equation "H" is the crystal orientation difference at each measurement point (excluding those whose crystal orientation difference is smaller than the threshold value X).
"Φ" is the length of the stress concentration part in the stress direction

尚、応力方向とは、試料に対して応力が作用する方向である。本例では、クリープ試験時、試験片100に対して、その長手方向(図5、6、14のR方向)に荷重を加えている。従って、試験片100の長手方向(荷重方向)が応力方向である。 The stress direction is the direction in which stress acts on the sample. In this example, during the creep test, a load is applied to the test piece 100 in the longitudinal direction (R direction in FIGS. 5, 6 and 14). Therefore, the longitudinal direction (load direction) of the test piece 100 is the stress direction.

そのため、応力集中部の応力方向に沿った長さΦは、図5に示す切欠きタイプの試験片100の場合、切欠き部120の長さΦ1であり、図14に示す孔タイプの試験片100の場合、孔130の直径Φ2である。 Therefore, the length Φ along the stress direction of the stress concentration portion is the length Φ1 of the notch type 120 in the case of the notch type test piece 100 shown in FIG. 5, and the hole type test piece shown in FIG. In the case of 100, the diameter of the hole 130 is Φ2.

図17に示すように、第2損傷パラメータU2を用いると、全5種の試験片とも、損傷率Zと第2損傷パラメータU2との相関性を1本の相関曲線Lsで表すことが出来る。 As shown in FIG. 17, when the second damage parameter U2 is used, the correlation between the damage rate Z and the second damage parameter U2 can be represented by one correlation curve Ls for all five types of test pieces.

これは、以下の理由によるものと推察することができる。
図7は切欠きタイプの試験片100について損傷の進行に伴う結晶方位の変化を示した図、図18は孔タイプの試験片100について損傷の進行に伴う結晶方位の変化を示した図である。
It can be inferred that this is due to the following reasons.
FIG. 7 is a diagram showing the change in crystal orientation of the notch type test piece 100 with the progress of damage, and FIG. 18 is a diagram showing the change of crystal orientation of the hole type test piece 100 with the progress of damage. ..

図7や図18に示すように、結晶方位の変化は、切欠き部120や孔130など応力集中部の周囲に集中しており、その範囲は、損傷の進行に伴って広がっている。具体的には、結晶方位の変化は、応力集中部の周囲において、応力方向(図7、18に示すR方向)に対して広がっている。そのため、同じ損傷率Zで比較すると、結晶方位差Hの合計値は、応力方向(R方向)に沿った応力集中部の長さに比例して、大きくなる傾向を示す。 As shown in FIGS. 7 and 18, the change in crystal orientation is concentrated around the stress concentration portion such as the notch portion 120 and the hole 130, and the range is widened as the damage progresses. Specifically, the change in crystal orientation spreads in the stress direction (R direction shown in FIGS. 7 and 18) around the stress concentration portion. Therefore, when compared with the same damage rate Z, the total value of the crystal orientation difference H tends to increase in proportion to the length of the stress concentration portion along the stress direction (R direction).

従って、結晶方位差Hの合計値を、応力集中部の応力方向の長さΦで除算して、単位長さ当たりの数値に換算することで、応力方向に沿った長さΦの相違によらない、損傷パラメータUが得られると考えられる(損傷パラメータの正規化)。 Therefore, by dividing the total value of the crystal orientation difference H by the length Φ in the stress direction of the stress concentration portion and converting it into a numerical value per unit length, the difference in length Φ along the stress direction can be obtained. No damage parameter U is expected to be obtained (damage parameter normalization).

図19は、実施形態2に適用される損傷率Zの評価方法のフローチャート図である。実施形態2の評価方法は、実施形態1の評価方法に対して、S10〜S60の処理は共通しており、S65の処理が追加されている。 FIG. 19 is a flowchart of the evaluation method of the damage rate Z applied to the second embodiment. In the evaluation method of the second embodiment, the processes of S10 to S60 are common to the evaluation method of the first embodiment, and the process of S65 is added.

S65では、S60にて算出した結晶方位差Hの合計値ΣHを、応力集中部の応力方向に沿った長さΦで除算して、第2損傷パラメータU2を算出する。 In S65, the total value ΣH of the crystal orientation difference H calculated in S60 is divided by the length Φ along the stress direction of the stress concentration portion to calculate the second damage parameter U2.

続くS70では、S65にて算出した第2損傷パラメータU2に基づいて、試料の損傷率Zを評価する。 In the following S70, the damage rate Z of the sample is evaluated based on the second damage parameter U2 calculated in S65.

具体的には、S65にて算出した第2損傷パラメータU2を、図17に示す相関曲線Lsに参照することで、試料の損傷率Zを評価することが出来る。例えば、S65で算出した第2損傷パラメータU2が「Ub」の場合、試料の損傷率Zは「Zb」であると評価することが出来る。 Specifically, the damage rate Z of the sample can be evaluated by referring to the second damage parameter U2 calculated in S65 with the correlation curve Ls shown in FIG. For example, when the second damage parameter U2 calculated in S65 is “Ub”, the damage rate Z of the sample can be evaluated as “Zb”.

このように、実施形態2の構成では、第2損傷パラメータU2を用いて、金属材料の損傷率Zを算出する。そのため、相関曲線Lsを、応力集中部の形状や寸法の違いごとに設ける必要がない、というメリットがある。 As described above, in the configuration of the second embodiment, the damage rate Z of the metal material is calculated by using the second damage parameter U2. Therefore, there is an advantage that it is not necessary to provide the correlation curve Ls for each difference in the shape and dimensions of the stress concentration portion.

<他の実施形態>
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
<Other Embodiments>
The present invention is not limited to the embodiments described in the above description and drawings, and for example, the following embodiments are also included in the technical scope of the present invention.

(1)実施形態1、2では、金属材料の一例として「ニッケル基超合金」を例示した。評価対象の金属材料は、例えば、「ニッケル基合金」、「アルミ合金」、「SUS」など、未損傷の状態では結晶方位差Hが少なく、クリープ損傷の進行により結晶方位差Hが拡大する特性を持つ金属材料(合金系の金属材料)であれば、広く適用することが出来る。 (1) In the first and second embodiments, "nickel-based superalloy" is exemplified as an example of the metal material. The metal material to be evaluated has a characteristic that the crystal orientation difference H is small in an undamaged state, such as "nickel-based alloy", "aluminum alloy", and "SUS", and the crystal orientation difference H increases as creep damage progresses. Any metal material (alloy-based metal material) having the above can be widely applied.

(2)実施形態1では「結晶方位差Hの合計ΣH」を第1損傷パラメータU1とした。実施形態2では「結晶方位差Hの合計ΣHを応力集中部の応力方向の長さΦで徐した数値」を、第2損傷パラメータU2とした。この他にも、下記の(4)式や(5)式にて示すように、第1損傷パラメータU1や第2損傷パラメータU2に対して、結晶方位の計測間隔(図11に示す寸法Q)の自乗を乗算した値を、第3損傷パラメータU3としてもよい。このようにすることで、結晶方位の計測間隔Qによらない、損傷パラメータとすることが出来る。尚、図11では、縦方向と横方向で計測間隔Qが相違しているが、実際の計測では、縦方向と横方向の計測間隔は概ね等しい。 (2) In the first embodiment, "total ΣH of crystal orientation difference H" is set as the first damage parameter U1. In the second embodiment, "a numerical value obtained by subtracting the total ΣH of the crystal orientation difference H by the length Φ in the stress direction of the stress concentration portion" was set as the second damage parameter U2. In addition to this, as shown by the following equations (4) and (5), the measurement interval of the crystal orientation with respect to the first damage parameter U1 and the second damage parameter U2 (dimension Q shown in FIG. 11). The value obtained by multiplying the square of the third damage parameter U3 may be used as the third damage parameter U3. By doing so, it is possible to set the damage parameter regardless of the measurement interval Q of the crystal orientation. In FIG. 11, the measurement interval Q differs between the vertical direction and the horizontal direction, but in actual measurement, the measurement intervals in the vertical direction and the horizontal direction are substantially the same.

U3=U1×Q・・・・・(4)式
U3=U2×Q・・・・・(5)式
U3 = U1 x Q 2 ... (4) formula U3 = U2 x Q 2 ... (5) formula

尚、第3損傷パラメータU3を使用する場合も、第1損傷パラメータU1や第2損傷パラメータU2を用いる場合と同様であり、まず、電子後方散乱回折法により、各測定点Pの結晶方位を測定する。そして、測定結果から各測定点Pの結晶方位差Hを算出し、更に、上記した第3損傷パラメータU3を算出する。その後、第3損傷パラメータU3を、相関曲線(第3損傷パラメータU3と損傷率Zの関係を示す相関曲線)に参照することで、試料の損傷率Zを評価することが出来る。 The case where the third damage parameter U3 is used is the same as the case where the first damage parameter U1 and the second damage parameter U2 are used. First, the crystal orientation of each measurement point P is measured by the electron backscatter diffraction method. To do. Then, the crystal orientation difference H at each measurement point P is calculated from the measurement result, and the third damage parameter U3 described above is further calculated. After that, the damage rate Z of the sample can be evaluated by referring to the third damage parameter U3 to the correlation curve (correlation curve showing the relationship between the third damage parameter U3 and the damage rate Z).

(3)実施形態1では、測定エリア内の全測定点Pのうち、結晶方位差Hが閾値Xより小さい測定点Pは除外して、結晶方位差Hの合計値ΣHを算出した例を示した。これ以外にも、結晶方位差Hが閾値Xより小さい計測点Pについても対象に含め、全計測点Pを対象として、結晶方位差Hの合計値ΣHを算出してもよい。また、実施形態1では、閾値Xを1°としたが、閾値Xは「未損傷品」と「損傷品」の結晶方位差Hの境界値であればよく、実施形態の例に限定されない。 (3) In the first embodiment, an example is shown in which the total value ΣH of the crystal orientation difference H is calculated by excluding the measurement points P whose crystal orientation difference H is smaller than the threshold value X from all the measurement points P in the measurement area. It was. In addition to this, the total value ΣH of the crystal orientation difference H may be calculated for all the measurement points P, including the measurement points P whose crystal orientation difference H is smaller than the threshold value X. Further, in the first embodiment, the threshold value X is set to 1 °, but the threshold value X may be a boundary value of the crystal orientation difference H between the “undamaged product” and the “damaged product”, and is not limited to the example of the embodiment.

1...評価装置
5...測定部
10...走査型電子顕微鏡
11...試料ステージ
13...電子銃
14...EBSD検出器
20...データ処理部
30...動翼
40...タービンディスク
100...試験片
120...切欠き部(本発明の「応力集中部」に相当)
130...孔(本発明の「応力集中部」に相当)
1 ... Evaluation device 5 ... Measuring unit 10 ... Scanning electron microscope 11 ... Sample stage 13 ... Electron gun 14 ... EBSD detector 20 ... Data processing unit 30 ... Moving blade 40 ... Turbine disk 100 ... Test piece 120 ... Notch (corresponding to the "stress concentration part" of the present invention)
130 ... hole (corresponding to the "stress concentration portion" of the present invention)

Claims (8)

応力集中部を有する金属材料のクリープ損傷を評価する評価方法であって、
前記金属材料のうち前記応力集中部を含む所定領域内における各測定点の結晶方位を電子後方散乱回折像法により測定する測定ステップと、
前記各測定点の基準方位に対する結晶方位差を算出する方位差算出ステップと、
前記各測定点の結晶方位差の合計値を算出する合計値算出ステップと、
前記結晶方位差の合計値に基づいて、応力集中部の損傷率を評価する評価ステップとを含む、評価方法。
It is an evaluation method for evaluating creep damage of a metal material having a stress concentration portion.
A measurement step of measuring the crystal orientation of each measurement point in a predetermined region of the metal material including the stress concentration portion by an electron backscatter diffraction image method.
An orientation difference calculation step for calculating the crystal orientation difference with respect to the reference orientation of each measurement point, and
A total value calculation step for calculating the total value of the crystal orientation differences at each measurement point, and
An evaluation method including an evaluation step of evaluating the damage rate of the stress concentration portion based on the total value of the crystal orientation differences.
請求項1に記載の評価方法であって、
前記合計値算出ステップでは、
前記各測定点のうち、結晶方位差が閾値より大きい測定点を対象に、結晶方位差の合計値を算出する、評価方法。
The evaluation method according to claim 1.
In the total value calculation step,
An evaluation method for calculating the total value of the crystal orientation differences among the measurement points described above, with the measurement points having a crystal orientation difference larger than the threshold value.
請求項1又は請求項2に記載の評価方法であって、
前記評価ステップでは、
結晶方位差の合計値を、前記応力集中部の応力方向の長さで徐した数値に基づいて、前記応力集中部の損傷率を評価する、評価方法。
The evaluation method according to claim 1 or 2.
In the evaluation step,
An evaluation method for evaluating the damage rate of the stress-concentrated portion based on a value obtained by grading the total value of the crystal orientation differences with the length of the stress-concentrated portion in the stress direction.
請求項1又は請求項2に記載の評価方法であって、
前記評価ステップでは、
結晶方位差の合計値を、前記応力集中部の応力方向の長さで徐し、かつ結晶方位の測定間隔の自乗を乗じた数値に基づいて、前記応力集中部の損傷率を評価する、評価方法。
The evaluation method according to claim 1 or 2.
In the evaluation step,
Evaluation is performed to evaluate the damage rate of the stress-concentrated portion based on a value obtained by gradually increasing the total value of the crystal orientation differences by the length of the stress-concentrated portion in the stress direction and multiplying by the square of the measurement interval of the crystal orientation. Method.
応力集中部を有する金属材料のクリープ損傷を評価する評価装置であって、
前記金属材料のうち前記応力集中部を含む所定領域内における各測定点の結晶方位を電子後方散乱回折像法により測定する測定部と、
データ処理部とを含み、
前記データ処理部は、
前記各測定点の基準方位に対する結晶方位差を算出する方位差算出処理と、
前記各測定点の結晶方位差の合計値を算出する合計値算出処理と、
前記結晶方位差の合計値に基づいて、応力集中部の損傷率を評価する評価処理とを実行する、評価装置。
It is an evaluation device that evaluates creep damage of metal materials with stress concentration parts.
A measuring unit that measures the crystal orientation of each measurement point in a predetermined region including the stress concentration portion of the metal material by an electron backscatter diffraction image method, and a measuring unit.
Including data processing unit
The data processing unit
Orientation difference calculation processing for calculating the crystal orientation difference with respect to the reference orientation of each measurement point, and
A total value calculation process for calculating the total value of the crystal orientation differences at each measurement point, and
An evaluation device that executes an evaluation process for evaluating the damage rate of the stress concentration portion based on the total value of the crystal orientation differences.
請求項5に記載の評価装置であって、
前記データ処理部は、前記合計値算出処理にて、
前記各測定点のうち、結晶方位差が閾値より大きい測定点を対象に、結晶方位差の合計値を算出する、評価装置。
The evaluation device according to claim 5.
The data processing unit performs the total value calculation process.
An evaluation device that calculates the total value of the crystal orientation difference among the measurement points described above for the measurement points whose crystal orientation difference is larger than the threshold value.
請求項5又は請求項6に記載の評価装置であって、
前記データ処理部は、前記評価処理にて、
結晶方位差の合計値を前記応力集中部の応力方向の長さで徐した数値に基づいて、前記応力集中部の損傷率を評価する、評価装置。
The evaluation device according to claim 5 or 6.
The data processing unit is subjected to the evaluation processing.
An evaluation device that evaluates the damage rate of the stress-concentrated portion based on a value obtained by grading the total value of the crystal orientation differences by the length of the stress-concentrated portion in the stress direction.
請求項5又は請求項6に記載の評価装置であって、
前記データ処理部は、前記評価処理にて、
結晶方位差の合計値を、前記応力集中部の応力方向の長さで徐し、かつ結晶方位の測定間隔の自乗を乗じた数値に基づいて、前記応力集中部の損傷率を評価する、評価装置。
The evaluation device according to claim 5 or 6.
The data processing unit is subjected to the evaluation processing.
Evaluation is performed to evaluate the damage rate of the stress concentration portion based on a value obtained by gradually increasing the total value of the crystal orientation differences by the length of the stress concentration portion in the stress direction and multiplying the measurement interval of the crystal orientation by the self-squared value. apparatus.
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