JPH0792140A - 鋼材の疲労強度の評価方法 - Google Patents
鋼材の疲労強度の評価方法Info
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- JPH0792140A JPH0792140A JP24009593A JP24009593A JPH0792140A JP H0792140 A JPH0792140 A JP H0792140A JP 24009593 A JP24009593 A JP 24009593A JP 24009593 A JP24009593 A JP 24009593A JP H0792140 A JPH0792140 A JP H0792140A
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- steel material
- steel
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Abstract
(57)【要約】
【目的】鋼材１の表面付近の外乱要因を軽減、回避する
ことにより、評価の精度を向上できる鋼材の疲労強度評
価方法を提供すること。 【構成】鋼材１にショットする前に、センサ２１の励磁
コイル２１１に周波数ｆ 1 の励磁電流を通電し、鋼材１
の加工面１１と磁芯２１０をつなぐループ状の磁路Ｍを
形成し、周波数ｆ1 による出力電圧値Ｖ01を求める。次
に励磁周波数をｆ 2 に切り替え、ｆ2 による出力電圧値
Ｖ02を得る。Ｖ0 ＝α×Ｖ01−Ｖ02から、差分値Ｖ0 を
求める。ショット処理後において、周波数ｆ1 による出
力電圧値Ｖ 11を求める。更に周波数ｆ2 による出力電圧
値Ｖ12を得る。Ｖ1 ＝α×Ｖ11−Ｖ 12から、差分値Ｖ1
を求める。αは補正係数である。（Ｖ1 −Ｖ0 ）或いは
（Ｖ 1 ／Ｖ0 ）から圧縮残留応力の増加、疲労強度の増
加が把握される。
ことにより、評価の精度を向上できる鋼材の疲労強度評
価方法を提供すること。 【構成】鋼材１にショットする前に、センサ２１の励磁
コイル２１１に周波数ｆ 1 の励磁電流を通電し、鋼材１
の加工面１１と磁芯２１０をつなぐループ状の磁路Ｍを
形成し、周波数ｆ1 による出力電圧値Ｖ01を求める。次
に励磁周波数をｆ 2 に切り替え、ｆ2 による出力電圧値
Ｖ02を得る。Ｖ0 ＝α×Ｖ01−Ｖ02から、差分値Ｖ0 を
求める。ショット処理後において、周波数ｆ1 による出
力電圧値Ｖ 11を求める。更に周波数ｆ2 による出力電圧
値Ｖ12を得る。Ｖ1 ＝α×Ｖ11−Ｖ 12から、差分値Ｖ1
を求める。αは補正係数である。（Ｖ1 −Ｖ0 ）或いは
（Ｖ 1 ／Ｖ0 ）から圧縮残留応力の増加、疲労強度の増
加が把握される。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は鋼材の疲労強度の評価方
法に関する。この評価方法は、例えば歯車、車軸等の部
品に用いられる鋼材にショットピーニング処理を行った
場合における疲労強度を評価する際に適用できる。
法に関する。この評価方法は、例えば歯車、車軸等の部
品に用いられる鋼材にショットピーニング処理を行った
場合における疲労強度を評価する際に適用できる。
【０００２】
【従来の技術】従来より鋼材の非破壊選別方法として、
鋼材の硬さと保磁力との間に一定の関係があることを利
用した装置が知られている（特開昭４８−４３９５４号
公報）。この装置では、各硬さに対応する保磁力を予め
求めておき、直流電流を用いて鋼材を磁気的に飽和さ
せ、しかる後に磁気飽和に達したときの磁場とは逆方向
に磁場を増加させることにより、磁化が０となる保磁力
を測定し、保磁力から硬さを評価する方法である。しか
しながらこの方法では、磁気飽和に到達させる磁場と、
磁化を０にする磁場とを鋼材に加える必要があり、操作
性に劣ることから生産ラインへの適用が困難であった。
鋼材の硬さと保磁力との間に一定の関係があることを利
用した装置が知られている（特開昭４８−４３９５４号
公報）。この装置では、各硬さに対応する保磁力を予め
求めておき、直流電流を用いて鋼材を磁気的に飽和さ
せ、しかる後に磁気飽和に達したときの磁場とは逆方向
に磁場を増加させることにより、磁化が０となる保磁力
を測定し、保磁力から硬さを評価する方法である。しか
しながらこの方法では、磁気飽和に到達させる磁場と、
磁化を０にする磁場とを鋼材に加える必要があり、操作
性に劣ることから生産ラインへの適用が困難であった。
【０００３】ところで一般的に鋼材の疲労強度の向上の
面では、鋼材の最表面から所定の深さ（例えば１００μ
ｍ）の域に、圧縮残留応力のピーク値が存在することが
好ましいとされている。故に、実際の製造ラインにおい
ても、圧縮残留応力のピーク値に基づき、鋼材の疲労強
度の良否を評価することが行われている。本出願人は、
鋼材のうち常磁性体である残留オーステナイトが加工誘
起変態して強磁性体であるマルテンサイトとなった場
合、鋼材の透磁率が変化するとともに変態に伴う体積膨
張が生じるので、この透磁率の変化値と圧縮残留応力と
が相関関係にあることに着目し、近年、以下の鋼材の疲
労強度の非破壊評価方法を開発した。即ちこの方法は、
残留オーステナイトをもつ加工前の鋼材の透磁率を検出
する加工前透磁率検出工程と、鋼材の加工後における透
磁率を検出する加工後透磁率検出工程と、検出された加
工前透磁率と加工後透磁率との変化値から圧縮残留応力
を算出する算出工程とからなる測定方法である（平成３
年特許願３１２３１２号）。
面では、鋼材の最表面から所定の深さ（例えば１００μ
ｍ）の域に、圧縮残留応力のピーク値が存在することが
好ましいとされている。故に、実際の製造ラインにおい
ても、圧縮残留応力のピーク値に基づき、鋼材の疲労強
度の良否を評価することが行われている。本出願人は、
鋼材のうち常磁性体である残留オーステナイトが加工誘
起変態して強磁性体であるマルテンサイトとなった場
合、鋼材の透磁率が変化するとともに変態に伴う体積膨
張が生じるので、この透磁率の変化値と圧縮残留応力と
が相関関係にあることに着目し、近年、以下の鋼材の疲
労強度の非破壊評価方法を開発した。即ちこの方法は、
残留オーステナイトをもつ加工前の鋼材の透磁率を検出
する加工前透磁率検出工程と、鋼材の加工後における透
磁率を検出する加工後透磁率検出工程と、検出された加
工前透磁率と加工後透磁率との変化値から圧縮残留応力
を算出する算出工程とからなる測定方法である（平成３
年特許願３１２３１２号）。
【０００４】この方法では、鋼材の表面に当てがわれる
磁芯と、磁芯に巻回され鋼材の表面と磁芯とをつなぐ磁
路を形成する励磁コイルと、磁芯に巻回され励磁コイル
の励磁電流に伴う電磁誘導により鋼材の圧縮残留応力に
応じた電圧信号を出力する検出コイルとをもつセンサが
用いられる。この方法では、センサの磁芯を鋼材の表面
に当てがった状態で、励磁コイルに励磁電流として高周
波交流電流を流すと、磁路における磁束は時間的に変化
し、従って電磁誘導により鋼材の組織に渦電流が生じ
る。さらにこの渦電流によって高周波の磁界が生じる。
これは検出コイルによりインピーダンス変化ひいては出
力電圧値の変化として測定される。ここで、鋼材の組織
（強磁性体であるマルテンサイト、常磁性体であるオー
ステナイトなど）に応じてその透磁率が異なるので、鋼
材の組織に応じて検出コイルの信号に応じた出力電圧値
は変化する。鋼材の組織割合は加工誘起変態の程度によ
って変化するため、検出コイルの出力電圧値により、圧
縮残留応力の程度が把握される。
磁芯と、磁芯に巻回され鋼材の表面と磁芯とをつなぐ磁
路を形成する励磁コイルと、磁芯に巻回され励磁コイル
の励磁電流に伴う電磁誘導により鋼材の圧縮残留応力に
応じた電圧信号を出力する検出コイルとをもつセンサが
用いられる。この方法では、センサの磁芯を鋼材の表面
に当てがった状態で、励磁コイルに励磁電流として高周
波交流電流を流すと、磁路における磁束は時間的に変化
し、従って電磁誘導により鋼材の組織に渦電流が生じ
る。さらにこの渦電流によって高周波の磁界が生じる。
これは検出コイルによりインピーダンス変化ひいては出
力電圧値の変化として測定される。ここで、鋼材の組織
（強磁性体であるマルテンサイト、常磁性体であるオー
ステナイトなど）に応じてその透磁率が異なるので、鋼
材の組織に応じて検出コイルの信号に応じた出力電圧値
は変化する。鋼材の組織割合は加工誘起変態の程度によ
って変化するため、検出コイルの出力電圧値により、圧
縮残留応力の程度が把握される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明はかかる開発の
一環としてなされたものであり、評価の精度を一層向上
させ得る鋼材の疲労強度の評価方法を提供することを目
的とする。
一環としてなされたものであり、評価の精度を一層向上
させ得る鋼材の疲労強度の評価方法を提供することを目
的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】ところで、鋼材の深さ方
向における組織が均一と仮定した場合、鋼材を浸透する
磁束密度は、高周波交流電流に起因する『表皮効果』の
影響で最表面で一番大きく、最表面から内部に浸透する
磁束密度は基本的には図１の一般特性線Ｅ（ｔ）に示す
様に内部に向かうにつれて指数関数的に減少する。ｔは
鋼材の表面からの深さを意味する。またショットピーニ
ング加工した鋼材の深さ方向における圧縮残留応力の分
布は図２の応力分布特性線Ｋ（ｔ）に示す様になり、最
表面からある深さの域において圧縮残留応力のピーク値
Ｋｐをもつ。従って前記した一般特性線Ｅ（ｔ）と応力
分布特性線Ｋ（ｔ）とを考慮すれば、圧縮残留応力のピ
ーク値Ｋｐをもつ鋼材の磁束密度分布は、基本的には図
２においてＦ（ｔ）で示される様な特性となる。ここで
Ｆ（ｔ）＝Ｅ（ｔ）×Ｋ（ｔ）である。上記した装置に
おける検出コイルの信号に基づく出力電圧値Ｖは基本的
にはＦ（ｔ）を積分したものであり、Ｖ＝∫Ｆ（ｔ）ｄ
ｔ（積分範囲０〜∞）で示される。
向における組織が均一と仮定した場合、鋼材を浸透する
磁束密度は、高周波交流電流に起因する『表皮効果』の
影響で最表面で一番大きく、最表面から内部に浸透する
磁束密度は基本的には図１の一般特性線Ｅ（ｔ）に示す
様に内部に向かうにつれて指数関数的に減少する。ｔは
鋼材の表面からの深さを意味する。またショットピーニ
ング加工した鋼材の深さ方向における圧縮残留応力の分
布は図２の応力分布特性線Ｋ（ｔ）に示す様になり、最
表面からある深さの域において圧縮残留応力のピーク値
Ｋｐをもつ。従って前記した一般特性線Ｅ（ｔ）と応力
分布特性線Ｋ（ｔ）とを考慮すれば、圧縮残留応力のピ
ーク値Ｋｐをもつ鋼材の磁束密度分布は、基本的には図
２においてＦ（ｔ）で示される様な特性となる。ここで
Ｆ（ｔ）＝Ｅ（ｔ）×Ｋ（ｔ）である。上記した装置に
おける検出コイルの信号に基づく出力電圧値Ｖは基本的
にはＦ（ｔ）を積分したものであり、Ｖ＝∫Ｆ（ｔ）ｄ
ｔ（積分範囲０〜∞）で示される。
【０００７】さて鋼材の最表面は焼入液やショット粒に
直接触れるため、焼入条件やショット投射条件の影響を
大きく受け易く、変動し易い。しかも図１から理解でき
る様に『表皮効果』により鋼材の最表面の磁束密度が最
も大きいため、鋼材の最表面の状況は、『表皮効果』を
も考慮すると、出力電圧値Ｖに大きく影響する。一方、
前述した様に鋼材の疲労強度の良否の評価は、鋼材の最
表面ではなく、最表面から所定の深さ域における圧縮残
留応力のピーク値の大きさで基本的には定まる。従って
鋼材の最表面の状況が評価精度における外乱要因とな
り、鋼材の疲労強度の評価に影響を与え、評価精度の向
上には限界がある。
直接触れるため、焼入条件やショット投射条件の影響を
大きく受け易く、変動し易い。しかも図１から理解でき
る様に『表皮効果』により鋼材の最表面の磁束密度が最
も大きいため、鋼材の最表面の状況は、『表皮効果』を
も考慮すると、出力電圧値Ｖに大きく影響する。一方、
前述した様に鋼材の疲労強度の良否の評価は、鋼材の最
表面ではなく、最表面から所定の深さ域における圧縮残
留応力のピーク値の大きさで基本的には定まる。従って
鋼材の最表面の状況が評価精度における外乱要因とな
り、鋼材の疲労強度の評価に影響を与え、評価精度の向
上には限界がある。
【０００８】例えば、鋼材Ａの圧縮残留応力分布が図３
に実線で示す特性線ＫＡの形態であり、鋼材Ｂの圧縮残
留応力分布が図３に実線で示す特性線ＫＢの形態であ
り、所定深さにおける残留応力ピーク値の大きさがＫｐ
と共に同一であるとする。この様に鋼材Ａと鋼材Ｂとが
共に残留応力ピーク値Ｋｐの大きさが同一であるにもか
かわらず、鋼材Ａの磁束密度分布は特性線ＦＡ（ｔ）で
示され、鋼材Ｂの磁束密度分布は特性線ＦＢ（ｔ）で示
される。故に、鋼材Ａの出力電圧値ＶＡと鋼材Ａの出力
電圧値ＶＢとは、図３の斜線領域ΔＶぶん相違した値と
なる。従って、鋼材Ａと鋼材Ｂとでは、所定の深さにお
ける残留応力ピーク値Ｋｐの大きさが同一であるにもか
かわらず、鋼材の評価に相違が生じるおそれがあり、好
ましくない。ＶＡ＝∫ＦＡ（ｔ）ｄｔであり、ＶＢ＝∫
ＦＢ（ｔ）ｄｔで表せるからである。
に実線で示す特性線ＫＡの形態であり、鋼材Ｂの圧縮残
留応力分布が図３に実線で示す特性線ＫＢの形態であ
り、所定深さにおける残留応力ピーク値の大きさがＫｐ
と共に同一であるとする。この様に鋼材Ａと鋼材Ｂとが
共に残留応力ピーク値Ｋｐの大きさが同一であるにもか
かわらず、鋼材Ａの磁束密度分布は特性線ＦＡ（ｔ）で
示され、鋼材Ｂの磁束密度分布は特性線ＦＢ（ｔ）で示
される。故に、鋼材Ａの出力電圧値ＶＡと鋼材Ａの出力
電圧値ＶＢとは、図３の斜線領域ΔＶぶん相違した値と
なる。従って、鋼材Ａと鋼材Ｂとでは、所定の深さにお
ける残留応力ピーク値Ｋｐの大きさが同一であるにもか
かわらず、鋼材の評価に相違が生じるおそれがあり、好
ましくない。ＶＡ＝∫ＦＡ（ｔ）ｄｔであり、ＶＢ＝∫
ＦＢ（ｔ）ｄｔで表せるからである。
【０００９】そこで本発明者は上記した実情のもとに鋭
意開発を進めた。そして、鋼材の最表面における外乱要
因を回避するには、次の方法が好ましいことを知見し
た。即ち、励磁コイルの励磁電流の周波数をｆ1 及びｆ
2 と２つ選択し、第１周波数ｆ 1 を励磁電流とした場合
における最表面の磁束密度と、第１周波数ｆ2 を励磁電
流とした場合における最表面の磁束密度とが実質的に等
応する様に設定する。かつ、励磁電流を第１周波数ｆ1
とした場合における検出コイルの信号により第１出力電
圧値Ｖαを求め、励磁電流を第２周波数ｆ2 とした場合
における検出コイルの信号により第２出力電圧値Ｖβを
求め、そしてＶαとＶβとの差を求め、この差の値に基
づき鋼材の疲労強度の良否を判定すれば、評価精度が向
上することを知見し、試験で確認した。
意開発を進めた。そして、鋼材の最表面における外乱要
因を回避するには、次の方法が好ましいことを知見し
た。即ち、励磁コイルの励磁電流の周波数をｆ1 及びｆ
2 と２つ選択し、第１周波数ｆ 1 を励磁電流とした場合
における最表面の磁束密度と、第１周波数ｆ2 を励磁電
流とした場合における最表面の磁束密度とが実質的に等
応する様に設定する。かつ、励磁電流を第１周波数ｆ1
とした場合における検出コイルの信号により第１出力電
圧値Ｖαを求め、励磁電流を第２周波数ｆ2 とした場合
における検出コイルの信号により第２出力電圧値Ｖβを
求め、そしてＶαとＶβとの差を求め、この差の値に基
づき鋼材の疲労強度の良否を判定すれば、評価精度が向
上することを知見し、試験で確認した。
【００１０】即ち、本発明に係る鋼材の疲労強度の評価
方法は、疲労強度に寄与する圧縮残留応力のピーク値を
最表面から所定深さの域に有する鋼材を用いると共に、
鋼材の表面に当てがわれる磁芯と、磁芯に巻回され鋼材
の表面と磁芯とをつなぐ磁路を形成する励磁コイルと、
磁芯に巻回され励磁コイルの励磁電流に伴う電磁誘導に
より鋼材の圧縮残留応力に応じた電圧信号を出力する検
出コイルとをもつセンサを用い、センサの励磁コイルの
励磁電流の周波数を、鋼材の最表面における磁束密度が
実質的に等応する様に第１周波数及び第２周波数の大き
さを選択し、励磁電流の周波数を第１周波数とした状態
において検出コイルにより検出した信号に応じた第１出
力電圧値と、励磁コイルの励磁電流の周波数を第２周波
数とした状態において検出コイルにより検出した信号に
応じた第２出力電圧値との差に基づき、鋼材の疲労強度
の良否を判定することことを特徴とするものである。
方法は、疲労強度に寄与する圧縮残留応力のピーク値を
最表面から所定深さの域に有する鋼材を用いると共に、
鋼材の表面に当てがわれる磁芯と、磁芯に巻回され鋼材
の表面と磁芯とをつなぐ磁路を形成する励磁コイルと、
磁芯に巻回され励磁コイルの励磁電流に伴う電磁誘導に
より鋼材の圧縮残留応力に応じた電圧信号を出力する検
出コイルとをもつセンサを用い、センサの励磁コイルの
励磁電流の周波数を、鋼材の最表面における磁束密度が
実質的に等応する様に第１周波数及び第２周波数の大き
さを選択し、励磁電流の周波数を第１周波数とした状態
において検出コイルにより検出した信号に応じた第１出
力電圧値と、励磁コイルの励磁電流の周波数を第２周波
数とした状態において検出コイルにより検出した信号に
応じた第２出力電圧値との差に基づき、鋼材の疲労強度
の良否を判定することことを特徴とするものである。
【００１１】
【作用】励磁コイルに励磁電流として高周波の交流電流
を流すと、磁芯及び鋼材を通る磁束は時間的に変化す
る。従って電磁誘導により鋼材の組織に渦電流が生じ
る。さらにこの渦電流によって高周波の磁界が生じる。
これは検出コイルによりインピーダンス変化ひいては出
力電圧値の変化として検出される。ここで、鋼材の組織
（マルテンサイト、オーステナイトなど）に応じてその
透磁率が異なり、鋼材の組織に応じて検出コイルの出力
電圧値は変化するため、検出コイルの出力電圧値に基づ
き圧縮残留応力の程度が把握される。
を流すと、磁芯及び鋼材を通る磁束は時間的に変化す
る。従って電磁誘導により鋼材の組織に渦電流が生じ
る。さらにこの渦電流によって高周波の磁界が生じる。
これは検出コイルによりインピーダンス変化ひいては出
力電圧値の変化として検出される。ここで、鋼材の組織
（マルテンサイト、オーステナイトなど）に応じてその
透磁率が異なり、鋼材の組織に応じて検出コイルの出力
電圧値は変化するため、検出コイルの出力電圧値に基づ
き圧縮残留応力の程度が把握される。
【００１２】本発明の励磁コイルに流す励磁電流の周波
数をｆとし、その周期ｔとすると、ｔ＝１／ｆの関係か
ら周波数ｆが大きいと、周期ｔが小さくなる。この様に
周期ｔが小さくなると、磁路における磁束の時間的変位
量が増すため、その磁束の時間的変化量を打ち消す電磁
誘導現象により、検出コイルの出力電圧値は高く出力さ
れる傾向にある。よって、その励磁電流の周波数に応じ
て検出コイルの出力電圧値を補正することが好ましい。
そのため、本発明方法では励磁電流の周波数と出力電圧
値との関係を予め測定しておき、その関係に基づき、周
波数に応じて検出コイルの出力電圧値を補正部により補
正することが好ましい。補正部は、例えば、上記関係を
記憶したＲＡＭ、ＲＯＭ等のメモリを利用して構成でき
る。
数をｆとし、その周期ｔとすると、ｔ＝１／ｆの関係か
ら周波数ｆが大きいと、周期ｔが小さくなる。この様に
周期ｔが小さくなると、磁路における磁束の時間的変位
量が増すため、その磁束の時間的変化量を打ち消す電磁
誘導現象により、検出コイルの出力電圧値は高く出力さ
れる傾向にある。よって、その励磁電流の周波数に応じ
て検出コイルの出力電圧値を補正することが好ましい。
そのため、本発明方法では励磁電流の周波数と出力電圧
値との関係を予め測定しておき、その関係に基づき、周
波数に応じて検出コイルの出力電圧値を補正部により補
正することが好ましい。補正部は、例えば、上記関係を
記憶したＲＡＭ、ＲＯＭ等のメモリを利用して構成でき
る。
【００１３】
【実施例】以下、本発明を具体化した実施例を図面を参
照しつつ説明する。（鋼材）本実施例で用いる鋼材１
は、浸炭鋼を浸炭焼入しかつショットピーニングする前
のものであり、面積率で約６０〜７０％のマルテンサイ
ト組織と約２０〜３０％の残留オーステナイト組織とか
らなる。この鋼材１はショットピーニングされると、マ
ルテンサイト組織は約８０％程度と増加する。この鋼材
１の応力分布は、基本的には図５の応力分布特性線Ｋ
（ｔ）で示す様な形態であり、ピーク値Ｋｐをもつ。
照しつつ説明する。（鋼材）本実施例で用いる鋼材１
は、浸炭鋼を浸炭焼入しかつショットピーニングする前
のものであり、面積率で約６０〜７０％のマルテンサイ
ト組織と約２０〜３０％の残留オーステナイト組織とか
らなる。この鋼材１はショットピーニングされると、マ
ルテンサイト組織は約８０％程度と増加する。この鋼材
１の応力分布は、基本的には図５の応力分布特性線Ｋ
（ｔ）で示す様な形態であり、ピーク値Ｋｐをもつ。
【００１４】（測定装置）測定装置２を図４に示す。こ
の測定装置２は、鋼材１の加工面１１に当接されるセン
サ２１と、センサ２１に接続された計測器２３とからな
る。センサ２１は、珪素鋼板を厚み方向へ積層して構成
したコ字形状の磁芯２１０と、この磁芯２１０に巻回さ
れ高周波数の交流電流が通電される励磁コイル２１１
と、磁芯２１０に巻回され磁界変化に基づく電磁誘導現
象により電圧値を出力する検出コイル２１２とからな
る。磁芯２１０は、その先端部分が鋼材１の加工面１１
と確実に当接するように形成されている。
の測定装置２は、鋼材１の加工面１１に当接されるセン
サ２１と、センサ２１に接続された計測器２３とからな
る。センサ２１は、珪素鋼板を厚み方向へ積層して構成
したコ字形状の磁芯２１０と、この磁芯２１０に巻回さ
れ高周波数の交流電流が通電される励磁コイル２１１
と、磁芯２１０に巻回され磁界変化に基づく電磁誘導現
象により電圧値を出力する検出コイル２１２とからな
る。磁芯２１０は、その先端部分が鋼材１の加工面１１
と確実に当接するように形成されている。
【００１５】計測器２３は、図４に示すように、発振器
２３１と、発振器２３１から発振する高周波の交流電流
の周波数を変更する周波数可変タイミング回路２３８
と、発振器２３１と接続され励磁コイル２１１に交流電
流を通電する増幅器２３２と、検出コイル２１２の出力
信号を増幅させる増幅器２３３と、増幅器２３３で増幅
された出力信号を補正する補正回路２３４と、補正回路
２３４と接続された演算器２３５と、演算器２３５と接
続された表示装置２３６と、補正回路２３４に接続され
たメモリ２３７とからなる。ここで補正回路２３４とメ
モリ２３７とで補正部が構成される。
２３１と、発振器２３１から発振する高周波の交流電流
の周波数を変更する周波数可変タイミング回路２３８
と、発振器２３１と接続され励磁コイル２１１に交流電
流を通電する増幅器２３２と、検出コイル２１２の出力
信号を増幅させる増幅器２３３と、増幅器２３３で増幅
された出力信号を補正する補正回路２３４と、補正回路
２３４と接続された演算器２３５と、演算器２３５と接
続された表示装置２３６と、補正回路２３４に接続され
たメモリ２３７とからなる。ここで補正回路２３４とメ
モリ２３７とで補正部が構成される。
【００１６】（周波数の選択）本方法では、励磁コイル
２１１に通電する励磁電流の周波数を第１周波数ｆ1及
び第２周波数ｆ2 として選択する。選択は次の様にす
る。即ち、一般的には、鋼材１の表面から内部に浸透す
る磁束密度は図１の一般特性線Ｅ（ｔ）に示す様に内部
に向かうにつれて指数関数的に連続的に減少するため、
取扱上、磁束浸透深さは固定値をもって判別することが
好ましい。そこで図１から理解できる様に固有値として
の磁束浸透深さδは、一般的には、鋼材１の最表面にお
ける磁束密度を１とした場合において、磁束密度が１／
ε（ε：自然対数、ε＝２．７）となる深さであると定
義されている。この例でもこの固定値を磁束浸透深さδ
としている。
２１１に通電する励磁電流の周波数を第１周波数ｆ1及
び第２周波数ｆ2 として選択する。選択は次の様にす
る。即ち、一般的には、鋼材１の表面から内部に浸透す
る磁束密度は図１の一般特性線Ｅ（ｔ）に示す様に内部
に向かうにつれて指数関数的に連続的に減少するため、
取扱上、磁束浸透深さは固定値をもって判別することが
好ましい。そこで図１から理解できる様に固有値として
の磁束浸透深さδは、一般的には、鋼材１の最表面にお
ける磁束密度を１とした場合において、磁束密度が１／
ε（ε：自然対数、ε＝２．７）となる深さであると定
義されている。この例でもこの固定値を磁束浸透深さδ
としている。
【００１７】磁束浸透深さδは一般的には以下の式
（ａ）で算出される。即ち、励磁周波数をｆ、鋼材表層
の透磁率をμ、鋼材表層の導電率をσとしたとき、 δ＝〔１／（π・ｆ・μ・σの積）の平方根〕……（ａ） そして、図５に示す様に、鋼材１の圧縮残留応力のピー
ク値Ｋｐを呈する深さの近傍領域において、磁束浸透深
さδ1 、δ2 を選択し、前記した式（ａ）に基づき、磁
束浸透深さδ1 が得られる第１周波数ｆ1 、磁束浸透深
さδ2 が得られる第２周波数ｆ2 を選択する。本例では
具体的には第１周波数ｆ1 は１５ＫＨｚ、第２周波数ｆ
2 は３０ＫＨｚとした。
（ａ）で算出される。即ち、励磁周波数をｆ、鋼材表層
の透磁率をμ、鋼材表層の導電率をσとしたとき、 δ＝〔１／（π・ｆ・μ・σの積）の平方根〕……（ａ） そして、図５に示す様に、鋼材１の圧縮残留応力のピー
ク値Ｋｐを呈する深さの近傍領域において、磁束浸透深
さδ1 、δ2 を選択し、前記した式（ａ）に基づき、磁
束浸透深さδ1 が得られる第１周波数ｆ1 、磁束浸透深
さδ2 が得られる第２周波数ｆ2 を選択する。本例では
具体的には第１周波数ｆ1 は１５ＫＨｚ、第２周波数ｆ
2 は３０ＫＨｚとした。
【００１８】また図５においては一般特性線Ｅ1 は、深
さ方向において組織が均一の鋼材を用いた場合におい
て、第１周波数ｆ1 を採用した際の一般的な磁束浸透分
布を示し、一般特性線Ｅ2 は第２周波数ｆ2 を採用した
際の一般的な磁束浸透分布を示す。ここで図５の一般特
性線Ｅ1 、Ｅ2 の図示左端から理解できる様に、鋼材１
の最表面の磁束密度が実質的に等応（図５の縦軸におい
て１と仮定している）する様に設定する。その理由は、
鋼材１における最表面付近の外乱要因を軽減または回避
するためである。
さ方向において組織が均一の鋼材を用いた場合におい
て、第１周波数ｆ1 を採用した際の一般的な磁束浸透分
布を示し、一般特性線Ｅ2 は第２周波数ｆ2 を採用した
際の一般的な磁束浸透分布を示す。ここで図５の一般特
性線Ｅ1 、Ｅ2 の図示左端から理解できる様に、鋼材１
の最表面の磁束密度が実質的に等応（図５の縦軸におい
て１と仮定している）する様に設定する。その理由は、
鋼材１における最表面付近の外乱要因を軽減または回避
するためである。
【００１９】また図５において特性線Ｆ1 は、圧縮残留
応力のピーク値Ｋｐをもつ鋼材１を用い、周波数ｆ1 を
励磁電流とした場合における磁束密度分布を示す。特性
線Ｆ 2 は、ピーク値Ｋｐをもつ鋼材１を用い、周波数ｆ
2 を励磁電流とした場合における磁束密度分布を示す。 （加工前透磁率検出工程）図４に示すように、まずショ
ット前の鋼材１の加工面１１にセンサ２１を当接する。
これにより、鋼材１の加工面１１は深さｈn の範囲内で
磁束を生じる。計測器２３では、検出コイル２１２の信
号に応じて出力電圧値Ｖ01が検出され、メモリ２３７に
記憶される。
応力のピーク値Ｋｐをもつ鋼材１を用い、周波数ｆ1 を
励磁電流とした場合における磁束密度分布を示す。特性
線Ｆ 2 は、ピーク値Ｋｐをもつ鋼材１を用い、周波数ｆ
2 を励磁電流とした場合における磁束密度分布を示す。 （加工前透磁率検出工程）図４に示すように、まずショ
ット前の鋼材１の加工面１１にセンサ２１を当接する。
これにより、鋼材１の加工面１１は深さｈn の範囲内で
磁束を生じる。計測器２３では、検出コイル２１２の信
号に応じて出力電圧値Ｖ01が検出され、メモリ２３７に
記憶される。
【００２０】すなわち、センサ２１の励磁コイル２１１
に高周波数交流の励磁電流（周波数ｆ1 ）を通電するこ
とにより、鋼材１の加工面１１と磁芯２１０をつなぐル
ープ状の磁路Ｍが形成される。このとき図１に示すよう
に、加工面１１の表面より１００μｍ程度までの深さｈ
ｎで磁束（Φ）が発生する。磁芯２１０の透磁率は既知
のため、磁束（Φ）の発生量は基本的には加工面１１の
深さｈｎにおける透磁率（μ）の大小によって決定され
る。
に高周波数交流の励磁電流（周波数ｆ1 ）を通電するこ
とにより、鋼材１の加工面１１と磁芯２１０をつなぐル
ープ状の磁路Ｍが形成される。このとき図１に示すよう
に、加工面１１の表面より１００μｍ程度までの深さｈ
ｎで磁束（Φ）が発生する。磁芯２１０の透磁率は既知
のため、磁束（Φ）の発生量は基本的には加工面１１の
深さｈｎにおける透磁率（μ）の大小によって決定され
る。
【００２１】次に周波数可変タイミング回路２３８によ
り励磁周波数をｆ1 からｆ2 に切り替え、同様にして周
波数ｆ2 による出力電圧値Ｖ02を得る。そしてメモリ２
３７からＶ01を呼び出し、その差を、ショットピーニン
グ前の鋼材１における差分値Ｖ0 とする。即ち、差分値
Ｖ0 は（Ｖ0 ＝α×Ｖ01−Ｖ02）で示される。ここでα
は補正係数であり、励磁電流の周波数に応じて『表皮効
果』が異なり、励磁電流の周波数が高い程、検出コイル
２１２の出力電圧値は高く出力される傾向にあるため、
それを補正するためのものである。
り励磁周波数をｆ1 からｆ2 に切り替え、同様にして周
波数ｆ2 による出力電圧値Ｖ02を得る。そしてメモリ２
３７からＶ01を呼び出し、その差を、ショットピーニン
グ前の鋼材１における差分値Ｖ0 とする。即ち、差分値
Ｖ0 は（Ｖ0 ＝α×Ｖ01−Ｖ02）で示される。ここでα
は補正係数であり、励磁電流の周波数に応じて『表皮効
果』が異なり、励磁電流の周波数が高い程、検出コイル
２１２の出力電圧値は高く出力される傾向にあるため、
それを補正するためのものである。
【００２２】差分値の大きさは図５において斜線部分の
領域で示される。図５の斜線部分の領域で示される様
に、この斜線部分の領域は、鋼材の深さ方向における最
表面付近では小さく、ゼロまたはゼロに近いものである
が、圧縮残留応力のピーク値Ｋｐ付近では表面付近より
も大きいものである。従って、差分値Ｖ0 を評価手段と
すれば、評価の際の外乱要因となり易い鋼材１の最表面
付近における影響を軽減または回避するのに有利であ
る。従って疲労強度の評価の精度が向上し、信頼性が増
す。
領域で示される。図５の斜線部分の領域で示される様
に、この斜線部分の領域は、鋼材の深さ方向における最
表面付近では小さく、ゼロまたはゼロに近いものである
が、圧縮残留応力のピーク値Ｋｐ付近では表面付近より
も大きいものである。従って、差分値Ｖ0 を評価手段と
すれば、評価の際の外乱要因となり易い鋼材１の最表面
付近における影響を軽減または回避するのに有利であ
る。従って疲労強度の評価の精度が向上し、信頼性が増
す。
【００２３】（加工後透磁率検出工程）次いで鋼材１の
加工面１１に所定のショットピーニング処理を施す。こ
れにより残留オーステイトは加工誘起変態して強磁性体
であるマルテンサイト量が増加する。この状態で、図４
に示す様にその鋼材１の加工面１１にセンサ２１を当接
すると共に、励磁コイル２１１に周波数ｆ1 の高周波数
交流である励磁電流を通電する。これにより計測器２３
で、上記した加工前透磁率検出工程と同様に、第１周波
数ｆ1 に基づく出力電圧値Ｖ11を得る。更に前述同様に
周波数可変タイミング回路２３８により励磁電流の周波
数をｆ1 からｆ2 に切り替え、同様にして第２周波数ｆ
2 に基づく出力電圧値Ｖ12を得る。そしてその差を、シ
ョットピーニング後の鋼材１における差分値Ｖ1 とす
る。差分値Ｖ1 は（Ｖ1 ＝α×Ｖ11−Ｖ12）で示され
る。αは前述同様に補正係数である。
加工面１１に所定のショットピーニング処理を施す。こ
れにより残留オーステイトは加工誘起変態して強磁性体
であるマルテンサイト量が増加する。この状態で、図４
に示す様にその鋼材１の加工面１１にセンサ２１を当接
すると共に、励磁コイル２１１に周波数ｆ1 の高周波数
交流である励磁電流を通電する。これにより計測器２３
で、上記した加工前透磁率検出工程と同様に、第１周波
数ｆ1 に基づく出力電圧値Ｖ11を得る。更に前述同様に
周波数可変タイミング回路２３８により励磁電流の周波
数をｆ1 からｆ2 に切り替え、同様にして第２周波数ｆ
2 に基づく出力電圧値Ｖ12を得る。そしてその差を、シ
ョットピーニング後の鋼材１における差分値Ｖ1 とす
る。差分値Ｖ1 は（Ｖ1 ＝α×Ｖ11−Ｖ12）で示され
る。αは前述同様に補正係数である。
【００２４】（算出工程）ショットピーニング前後の差
分値の差（Ｖ1 −Ｖ0 ）と、Ｘ線残留応力測定装置で測
定した圧縮残留応力のピーク値との関係は、基本的に
は、図６に示されている様になり、両者は相関性があ
る。また圧縮残留応力のピーク値と疲労強度向上率と
は、図７に示す様に相関性がある。従って図６及び図７
を考慮すれば、（Ｖ1 −Ｖ0 ）により疲労強度向上率が
把握できる。
分値の差（Ｖ1 −Ｖ0 ）と、Ｘ線残留応力測定装置で測
定した圧縮残留応力のピーク値との関係は、基本的に
は、図６に示されている様になり、両者は相関性があ
る。また圧縮残留応力のピーク値と疲労強度向上率と
は、図７に示す様に相関性がある。従って図６及び図７
を考慮すれば、（Ｖ1 −Ｖ0 ）により疲労強度向上率が
把握できる。
【００２５】本実施例では図６に示す相関特性、図７に
示す相関特性をメモリ２３７に記憶させておくので、シ
ョットピーニング前の鋼材１における差分値Ｖ0 、ショ
ットピーニング後の鋼材１における差分値Ｖ1 を求めれ
ば、鋼材１をショットピーニング処理をした場合におけ
る鋼材１の圧縮残留応力の形態を迅速に把握でき、鋼材
１の疲労強度の良否の評価を非破壊でかつ迅速に判別で
きる。
示す相関特性をメモリ２３７に記憶させておくので、シ
ョットピーニング前の鋼材１における差分値Ｖ0 、ショ
ットピーニング後の鋼材１における差分値Ｖ1 を求めれ
ば、鋼材１をショットピーニング処理をした場合におけ
る鋼材１の圧縮残留応力の形態を迅速に把握でき、鋼材
１の疲労強度の良否の評価を非破壊でかつ迅速に判別で
きる。
【００２６】（他の例）本発明方法は上記した実施例に
限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で必
要に応じて適宜選択できるものである。例えば鋼材はシ
ョットピーニングされたものに限定されるものではな
い。
限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で必
要に応じて適宜選択できるものである。例えば鋼材はシ
ョットピーニングされたものに限定されるものではな
い。
【００２７】
【発明の効果】本発明の鋼材の疲労強度の評価方法によ
れば、圧縮残留応力のピーク値によって疲労強度の良否
を評価する際において、評価の際の外乱要因となり易い
鋼材の最表面付近における影響を回避するのに有利であ
る。従って疲労強度の評価の精度が高まり、信頼性が向
上する。
れば、圧縮残留応力のピーク値によって疲労強度の良否
を評価する際において、評価の際の外乱要因となり易い
鋼材の最表面付近における影響を回避するのに有利であ
る。従って疲労強度の評価の精度が高まり、信頼性が向
上する。
【図１】鋼材における一般的な磁束浸透深さの形態を示
すグラフである。
すグラフである。
【図２】ショットピーニング加工した鋼材を用いた場合
において、鋼材の深さ方向における圧縮残留応力の分布
及び磁束密度の分布を示すグラフである。
において、鋼材の深さ方向における圧縮残留応力の分布
及び磁束密度の分布を示すグラフである。
【図３】製品別における圧縮残留応力の分布、磁束密度
の分布を示すグラフである。
の分布を示すグラフである。
【図４】測定装置の構成図である。
【図５】差分値を示すためのグラフである。
【図６】（Ｖ1 −Ｖ0 ）と圧縮残留応力のピーク値との
関係を示すグラフである。
関係を示すグラフである。
【図７】圧縮残留応力のピーク値と疲労強度向上率との
関係を示すグラフである。
関係を示すグラフである。
図中、１は鋼材、１１は加工面、２は測定装置、２１は
センサ、２３は計測器、２１０は磁芯、２１１は励磁コ
イル、２１２は検出コイル、２３１は発振器、２３８は
周波数可変タイミング回路、２３４は補正回路、２３５
は演算器を示す。
センサ、２３は計測器、２１０は磁芯、２１１は励磁コ
イル、２１２は検出コイル、２３１は発振器、２３８は
周波数可変タイミング回路、２３４は補正回路、２３５
は演算器を示す。
Claims (1)
- 【請求項１】疲労強度に寄与する圧縮残留応力のピーク
値を最表面から所定深さの域に有する鋼材を用いると共
に、 該鋼材の表面に当てがわれる磁芯と、該磁芯に巻回され
鋼材の表面と該磁芯とをつなぐ磁路を形成する励磁コイ
ルと、該磁芯に巻回され該励磁コイルの励磁電流に伴う
電磁誘導により鋼材の圧縮残留応力に応じた電圧信号を
出力する検出コイルとをもつセンサを用い、 該センサの該励磁コイルの励磁電流の周波数を、該鋼材
の最表面における磁束密度が実質的に等応する様に第１
周波数及び第２周波数の大きさを選択し、 該励磁電流の周波数を第１周波数とした状態において該
検出コイルにより検出した信号に応じた第１出力電圧値
と、該励磁コイルの励磁電流の周波数を第２周波数とし
た状態において該検出コイルにより検出した信号に応じ
た第２出力電圧値との差に基づき、該鋼材の疲労強度の
良否を判定することを特徴とする鋼材の疲労強度の評価
方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24009593A JPH0792140A (ja) | 1993-09-27 | 1993-09-27 | 鋼材の疲労強度の評価方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24009593A JPH0792140A (ja) | 1993-09-27 | 1993-09-27 | 鋼材の疲労強度の評価方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0792140A true JPH0792140A (ja) | 1995-04-07 |
Family
ID=17054422
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24009593A Pending JPH0792140A (ja) | 1993-09-27 | 1993-09-27 | 鋼材の疲労強度の評価方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0792140A (ja) |
Cited By (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH10332641A (ja) * | 1997-06-05 | 1998-12-18 | Shimizu Corp | 鋼材の塑性化判別方法 |
| JP2004198246A (ja) * | 2002-12-18 | 2004-07-15 | Nsk Ltd | 軸受負荷状態診断方法 |
| JP2008002973A (ja) * | 2006-06-22 | 2008-01-10 | Fuji Seisakusho:Kk | ショットピーニング処理面の非破壊検査方法及び装置 |
| JP2010256279A (ja) * | 2009-04-28 | 2010-11-11 | Ihi Corp | 浸炭深さ測定方法及び浸炭深さ測定装置 |
| JP2014500476A (ja) * | 2010-12-21 | 2014-01-09 | 新東工業株式会社 | 表面特性評価装置及び表面特性評価方法 |
| KR20140033395A (ko) * | 2011-05-10 | 2014-03-18 | 신토고교 가부시키가이샤 | 표면 특성 검사 장치 및 표면 특성 검사 방법 |
| JP2015525336A (ja) * | 2013-05-30 | 2015-09-03 | 新東工業株式会社 | 表面特性検査装置、表面特性検査システム及び表面特性検査方法 |
| WO2017022328A1 (ja) * | 2015-08-06 | 2017-02-09 | 新東工業株式会社 | 鋼材製品の表面特性検査方法及び表面特性検査装置 |
| KR20180018814A (ko) | 2015-06-25 | 2018-02-21 | 신토고교 가부시키가이샤 | 강재의 표면 특성 평가 장치 및 표면 특성 평가 방법 |
| KR20180079284A (ko) | 2015-11-09 | 2018-07-10 | 신토고교 가부시키가이샤 | 강재의 표면 특성 평가 방법 |
| WO2019012991A1 (ja) | 2017-07-10 | 2019-01-17 | 新東工業株式会社 | 表面特性評価方法、表面特性評価装置及び表面特性評価システム |
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| WO2021132007A1 (ja) * | 2019-12-24 | 2021-07-01 | 日立建機株式会社 | 歯車の再利用可否判定方法および歯車の再利用可否判定システム |
| US11994493B2 (en) | 2019-03-08 | 2024-05-28 | Sintokogio, Ltd. | Method for nondestructive assessment of steel |
-
1993
- 1993-09-27 JP JP24009593A patent/JPH0792140A/ja active Pending
Cited By (25)
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| WO2017022328A1 (ja) * | 2015-08-06 | 2017-02-09 | 新東工業株式会社 | 鋼材製品の表面特性検査方法及び表面特性検査装置 |
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