JPH03248034A - 高温構造部材のクリープ損傷検出方法 - 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〕 （産業上の利用分野） この発明は、例えばガスタービンの動翼などに使用され
、結晶物等が金属組織の中に析出されるニッケル基超合
金等の高温構造部材のクリープ損傷検出方法に関する。

（従来の技術） 例えば、ガスタービンの動翼などの使用する耐熱鋼は、
運転方法のモードの種類や使用燃料の種類などによって
寿命の長短が著しく違ってきている。このため、定期点
検時においては、主要部品をくまなくチエツクし、その
手法はカラーチエツク、磁粉探傷、超音波探傷などの従
来手法を適用している。そして、従来手法の検査の結果
、検出されたクラック、欠損、腐食、摩耗などの損耗度
合いかんによって点検員の判断のもとに、補修程度です
むか、全品新製品に交換するなどの措置をしていた。

（発明が解決しようとする課題） ところが従来の検査法は、金属表面にあられれた損耗の
みであり、いわば簡易的措置にとどまっていた。しかし
、実際には金属表面にあられれた損耗だけでは補修作業
に移行するか新製品交換するかの措置としては適格性に
乏しく、金属組織の変化にまで立入ってこそ適格な措置
ができるものである。というのは、検査の結果、金属表
面上に何もあられれていないので完全であると見越して
運転に入ったところ、実は事故発生に至ることもあった
。事故製品を、後に顕微鏡を通じて細かに分析してみる
と、金属組織の変化によってクリープ劣化があったにも
かかわらず、見逃したために材料破壊に至ることもあっ
た。

ところで、最近になって簡易な操作で、しかも検出精度
の比較的高いレプリカによる金属組織観察法の出現を見
ている。この手法は、金属材料の損耗を検出するに当り
、金属材料に作用する温度・圧力・応力等の実データを
使用せずに、被検体の金属組織変化をフィルム等で転写
する・というきわめて簡便な手法であるため利用度が高
い。

ところが、この手法をもってしても金属組織にあられれ
る結晶粒径または析出物に大小のバラツキが大きいと、
どうしても検出精度が悪くなるという欠点があった。特
に、接極微細な結晶粒径または析出物であると、実用的
に供し得ないのが現状である。

この発明は、金属組織にあられれる結晶粒径または析出
物の粗大化がクリープ劣化に直接影響を与えている点に
着目するとともに、金属組織中の結晶粒径または析出物
の大きさを適格に選択し、精度の高い検出結果を得て金
属材料の損耗度合に応じて好適な措置が採れるようにす
る高温構造部材のクリープ損傷検出方法を公表すること
を目的とする。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） この発明は、被検体の金属組織をレプリカによって転写
する工程と、転写後の金属組織を顕微鏡で観察・撮影す
る工程と、撮影された画像を二値化・ノイズ除去の処理
をして画像を鮮明にするとともに、鮮明画像にあらわれ
ている結晶粒径または析出物のうち長径と短径との比を
求めて平均値を算出する工程とを備え、算出された平均
値をマスターカーブにプロットして損傷度合を判定する
ものである。

（作用） 上記構成によれば、レプリカによる転写、転写像の観察
・撮影、鮮明な画像処理を行って金属組織に析出されて
いる結晶粒径または析出物を求め、結晶粒径または析出
物の長径／短径の比の平均値をマスターカーブにプロッ
トして金属材料寿命の長短を判定するもので、このよう
な検出工程を通じて金属材料の損耗に対する適格な措置
を採ることができる。

（実施例） この発明にかかる高温構造部材のクリープ損傷検出方法
につき、ガスタービン動翼に使用されるｌＮ７３８ＬＣ
を一つの零に採って、その実施例を説明する。

第１図は、この発明にかかる高温構造部材のクリープ損
傷検出方法を示すブロック図である。

ガスタービンは、作業ガスの有する熱エネルギ（作動ガ
スの温度は７００℃〜９５０℃）を回転力に変えて仕事
をするもので、構成は翼有効部１と翼植込部２を有する
ガスタービン動翼３を回転軸４の周方向に植設して翼群
とするものである。ガスタービン動翼３は、ｌＮ７３８
ＬＣ製材を使って精密鋳造等の手法で作り出される。そ
して翼有効部１は高温の作動ガスにされるので、その損
耗がきわめて激しい。

翼有効部１の金属組織変化を検出するに当っては次の手
法を採る。先ず、翼有効部１の検出部位を研磨し、有機
物質で腐食させた上で、フィルムを貼付し、その金属組
織を転写する。転写像は、例えば無定形炭素を用いた真
空蒸着で処理し、さらに乾燥して像を固化する。これが
レプリカによる像の作製である。

レプリカによる転写像は、透過電子顕微Ｍ（倍率５００
０−ｔｏ、ｏｏｏ）で観察する一方で、撮影する。

観察中、翼有効部ｌの損耗が激しいと、その金属組織中
にガンマプライムが成長してあられれている。

次に観察画像を電子化された画像処理装置５に入力する
。この場合、上述レプリカ転写だけでは必ずしも像が鮮
明とはかぎらないで、白黒の濃淡がはっきりするよう、
いわゆる２値化処理をする。

この２値化処理において、像には凝集粗大化したガンマ
プライムのほかに、微細なガンマプライムや炭化物析出
物などのノイズが含まれているので、これらノイズを除
去して測定しようとする凝集粗大化した方向性をもって
成長したガンマプライムのみ画像にする。すなわち、第
２図にも見られる無方向性のガンマプライムを、第３図
示の方向性をもったガンマプライムに処理するものであ
る。

こうして画像処理されたガンマプライムは、第５図示の
長径と短径との比を自動的に算出し、算出されたデータ
の平均値を演算処理して取り出し、データ化する。

データ化された情報は、第４図に示すように、予め作成
されているマスターカーブ６を画するクリープ損傷特性
曲線７にプロットする。このマスターカーブ６は、新材
製品を強制的に損耗を与えて、クリープ損傷値を取り出
しているもので、このデータ作成に当っては多くの実験
を重ねている。

こうしてマスターカーブ６を基に、実際に検出されたガ
ンマプライムの長径／短径比をプロットして、クリープ
損傷値を求める。クリープ損傷値は、材料を補修程度に
とどめるか、新材製品に交換するかの目処が経験的にわ
かっているので、その措置は適格な判断ができる。した
がって、このような手法を取れば、従来技術よりも一段
と信頼性が高まる。

第６図は、この発明にかかる高温構造部材のクリープ損
傷検出方法を配管等に適用した応用例である。例えばフ
ェライト系耐熱鋼を使用する配管等において、その金属
組織中にあられれる結晶は、上述第１実施例と異なって
結晶粒径である。この場合も、結晶粒径の大小のバラツ
キが多く、検出精度的に好ましくない。このため、第１
実施例を適用して配管等の損耗を適格に把握せんとする
ものである。すなわち、配管７には進退自在に移動する
レプリカ採取装置９が配さ九ており、このレプリカ採取
装置９を使って検出部位にフィルムを貼付し、金属組織
を転写するものである。そして、金属組織を転写後の工
程は第１実施例と同じなので説明を省略する。

こうして求めたクリープ損傷値は、材料を補修するか新
材製品に交換するかの選択判断に使用されるので信頼度
の高い措置を採ることができる。

〔発明の効果〕

以上の説明の通り、この発明にかかる高温構造部材のク
リープ損傷検出方法では結晶粒径または析出物という金
属組織変化まで立ち入り、しかも精度の一段と高い金属
材料のクリープ損傷度合を判定するものであるから、従
来技術にくらべて一段と信頼度の高い措置を採ることが
できる。

【図面の簡単な説明】 第１図はこの発明にかかる高温構造部材のクリープ損傷
検出方法の一例を示す模式ブロック図、第２図は像転写
のガンマプライムが無方向性を示す図、第３図はガンマ
プライムを一方向性に整理図、第６図はこの発明にかか
る高温構造部材のクリープ損傷検出方法を配管等に適用
した応用例を示す図である。 １・・・翼有効部　　　　　２・・・翼植込部３・・・
ガスタービン動翼 ・・回転軸 ５・・・画像処理装置 ７・・・配管 ９・・・レプリカ採取装置

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 被検体の金属組織をレプリカによって転写する工程と、
   転写後の金属組織を顕微鏡で観察・撮影する工程と、撮
   影された画像を二値化ノイズ除去の処理をして画像を鮮
   明にするとともに、鮮明画像にあらわれている結晶粒径
   または析出物のうち長径と短径との比を求めて平均値を
   算出する工程とを備え算出された平均値をマスターカー
   ブにプロットして損傷度合を判定することを特徴とする
   高温構造部材のクリープ損傷検出方法。