JP2007278842A - Device and method for measuring transformation plasticity strain - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、変態を伴う冷却過程の材料について変態塑性ひずみを測定する測定装置およびその測定方法に関するものである。 The present invention relates to a measuring apparatus and a measuring method for measuring transformation plastic strain of a material in a cooling process accompanied by transformation.
焼入処理のように冷却に供せされる材料について変形予測、応力予測することは、製品の品質を管理したり製造工程を管理する上で重要課題となっている。 Predicting deformation and stress for materials subjected to cooling, such as quenching, is an important issue in managing product quality and manufacturing processes.
冷却を伴う材料の強度特性は、従来から引張試験、圧縮試験等によって測定されてきたが、変態温度域の強度特性に関しては、変態に伴って生じる膨張または圧縮のひずみと、変態進行時に応力を受けることによって生じる変態塑性ひずみとを分離することが困難であるという課題があった。 The strength characteristics of materials with cooling have been conventionally measured by tensile tests, compression tests, etc., but with regard to the strength characteristics in the transformation temperature range, the stress of expansion or compression caused by transformation and the stress during the transformation progress. There was a problem that it was difficult to separate the transformation plastic strain generated by receiving.
変態時の膨張または圧縮のひずみを無視しうる簡便なひずみ推定方法として、「鋼材の変態塑性ひずみの推定方法」が知られている（例えば、特許文献１参照）。 As a simple strain estimation method capable of ignoring expansion or compression strain at the time of transformation, “a method for estimating a transformation plastic strain of a steel material” is known (for example, see Patent Document 1).
上記推定方法は、冷却中または加熱中の鋼材供試片に曲げ荷重を与えたときのたわみ量を測定し、温度とたわみ量の関係を示すたわみ曲線に基づいて変態塑性ひずみを求めるものである。 The above estimation method measures the amount of deflection when a bending load is applied to a steel specimen being cooled or heated, and determines the transformation plastic strain based on a deflection curve indicating the relationship between the temperature and the amount of deflection. .
詳しくは、変態時の力学挙動を数値モデル化し、弾性ひずみεｅ、塑性ひずみεｐ、熱ひずみεＴ、変態塑性ひずみεｔｒの総和を全ひずみ（実際に測定できるひずみ）εと定義し、
全ひずみεを
ε＝εｅ＋εｐ＋εＴ＋εｔｒ
で表している。
Specifically, the mechanical behavior at the time of transformation is numerically modeled, and the sum of elastic strain ε e , plastic strain ε p , thermal strain ε T , transformation plastic strain ε tr is defined as total strain (strain that can be actually measured) ε,
Ε = ε e + ε p + ε T + ε tr
It is represented by
上記式の右辺において変態塑性ひずみεｔｒについては、曲げ試験を行なった際のたわみが荷重および変態の進行に依存するという実験結果に基づき、応力の関数として、
ｄεｔｒ／ｄｔ＝Ａ・σn
で表している。ただし、ｄεｔｒは変態塑性ひずみ増分、ｄｔは時間増分、Ａは係数、σは相当応力、ｎは係数である。したがって、実験によりたわみ量が明らかになると、上記係数Ａ，ｎを一意に求めることができる。
For the transformation plastic strain ε tr on the right side of the above equation, as a function of stress, based on the experimental results that the deflection during the bending test depends on the load and the progression of the transformation,
dε tr / dt = A · σ n
It is represented by However, d? Tr is transformation plastic strain increment, dt is the time increment, A is the coefficient, sigma is equivalent stress, n represents a coefficient. Therefore, when the amount of deflection becomes clear through experiments, the coefficients A and n can be obtained uniquely.
また、大気放冷する場合のように冷却速度ｄＴ／ｄｔが一定である場合は、
変態塑性ひずみεｔｒは、温度の関数として
ｄεｔｒ＝Ｋ・σｎ・ｄＴ
で表すことができ、異なる荷重条件の下で変態塑性ひずみを推定することができるようになる。なお、上記Ｋは材料によって決まる変態塑性係数である。
The transformation plastic strain ε tr is expressed as a function of temperature: dε tr = K · σ n · dT
The transformation plastic strain can be estimated under different load conditions. Note that K is a transformation plasticity coefficient determined by the material.
しかしながら、加熱後の材料（供試片）を油中や水中に浸漬して急冷する場合には、均一に冷却されず冷却速度も一定でないため、このような冷却速度の速い（５０℃／秒以上）変態（マルテンサイト変態）については、変態塑性係数Ｋが明確にされておらず、変態塑性ひずみの測定精度を向上させる上で課題となっている。 However, when the heated material (test piece) is immersed in oil or water for rapid cooling, the cooling rate is not uniform and the cooling rate is not constant. As described above, regarding transformation (martensitic transformation), the transformation plasticity coefficient K has not been clarified, which is an issue in improving the measurement accuracy of transformation plastic strain.
本発明は以上のような従来の変態塑性ひずみ測定方法における課題を考慮してなされたものであり、冷却速度の速い変態を伴う材料の変態塑性係数を明確にし、変態塑性ひずみの測定精度を向上させることができる変態塑性ひずみ測定装置および変態塑性ひずみ測定方法を提供するものである。 The present invention has been made in consideration of the problems in the conventional transformation plastic strain measurement method as described above, and clarifies the transformation plastic coefficient of a material accompanied by transformation with a fast cooling rate, thereby improving the measurement accuracy of transformation plastic strain. The present invention provides a transformation plastic strain measuring device and a transformation plastic strain measuring method that can be used.
本発明の第一の形態としての変態塑性ひずみ測定装置は、供試片を収納するとともに加熱、急冷するための容器と、供試片の温度を測定する温度測定手段と、急冷却中の供試片の変形量を測定する変形量測定手段と、温度測定手段によって測定された供試片温度および変形量測定手段によって測定された変形量に基づいて変態塑性係数を定め、その変態塑性係数を用いて変態塑性ひずみを算出する変態塑性ひずみ算出手段と、を備えてなることを要旨とする。 A transformation plastic strain measuring apparatus as a first aspect of the present invention includes a container for housing and heating and quenching a specimen, a temperature measuring means for measuring the temperature of the specimen, and a specimen during rapid cooling. The deformation plasticity coefficient is determined based on the deformation measurement means for measuring the deformation amount of the specimen, the specimen temperature measured by the temperature measurement means and the deformation quantity measured by the deformation measurement means, and the transformation plastic coefficient is determined And a transformation plastic strain calculating means for calculating the transformation plastic strain.
上記変態塑性ひずみ測定装置において、上記容器に、加熱手段を備えた加熱室と冷却剤を貯留した冷却室を備えることができる。 In the transformation plastic strain measuring apparatus, the container may be provided with a heating chamber provided with heating means and a cooling chamber storing a coolant.
上記冷却剤の具体例としては、油、水、ポリマー（冷却能を調整するための）を添加した水溶性焼き入れ液等を使用することができる。 Specific examples of the coolant include water-soluble quenching liquid to which oil, water, and a polymer (for adjusting cooling ability) are added.
また、この構成において、加熱室と冷却室の間で供試片を移動させる供試片移動機構を備えれば、加熱した供試片を冷却室に移動させて冷却剤中に浸漬させ、供試片を急冷することができる。 Further, in this configuration, if a specimen moving mechanism for moving the specimen between the heating chamber and the cooling chamber is provided, the heated specimen is moved to the cooling chamber and immersed in the coolant. The specimen can be quickly cooled.
また、容器の一部に覗窓を有し、変形量測定手段としてレーザー変位計を備えれば、覗窓を通して供試片の温度を非接触で測定することができる。 Further, if a part of the container has a viewing window and a laser displacement meter is provided as a deformation measuring means, the temperature of the specimen can be measured through the viewing window in a non-contact manner.
また、供試片として、一方が自由端であり他方が固定された軸体を有し、この軸体を異形断面にすれば、供試片の変形を誘発させて変形量を効率良く測定することができるようになる。 Also, as a test piece, one has a shaft body with a free end and the other fixed, and if this shaft body has an irregular cross section, the deformation of the test piece is induced and the amount of deformation is efficiently measured. Will be able to.
本発明の第二の形態としての変態ひずみ測定方法は、供試片を加熱後、急冷し、急冷却中の上記供試片の温度と変形量を測定し、測定された温度および変形量に基づいて変態塑性係数を定め、その変態塑性係数を用いて変態塑性ひずみを算出することを要旨とする。 The transformation strain measurement method according to the second aspect of the present invention is a method in which the specimen is heated and then rapidly cooled, and the temperature and deformation of the specimen during rapid cooling are measured, and the measured temperature and deformation are measured. The gist is to determine the transformation plasticity coefficient based on the transformation plasticity coefficient and calculate the transformation plastic strain using the transformation plasticity coefficient.
上記変態塑性ひずみ測定方法において、供試片の変形量εを下記(１)式によって定義し、
ε＝εｅ＋εｐ＋εｃ＋εＴ＋εｔｒ ……(１)
ただし、εｅ：弾性ひずみ、εｐ：塑性ひずみ、εｃ：クリープひずみ、
εＴ：熱ひずみ、εｔｒ：変態塑性ひずみ
各ひずみεｅ，εｐ，εｃ，εＴを一般的な構造解析により求め、
変態塑性ひずみεｔｒを下記(２)式によって定義し、
εｔｒ＝（２／３）Ｋ（１−ξ）ξσｎ ……(２)
ただし、ξ：体積分率、σ：相当応力、ｎ：定数、Ｋ：変態塑性係数
測定時に求められる変形量εからεｔｒを求め、ξ、σを既知数とし、変態塑性係数Ｋを未知数として求めることができる。
In the transformation plastic strain measurement method, the deformation amount ε of the specimen is defined by the following equation (1):
ε = ε e + ε p + ε c + ε T + ε tr (1)
Where ε e : elastic strain, ε p : plastic strain, ε c : creep strain,
ε T : thermal strain, ε tr : transformation plastic strain Each strain ε e , ε p , ε c , ε T is obtained by general structural analysis,
The transformation plastic strain ε tr is defined by the following equation (2):
ε tr = (2/3) K (1-ξ) ξσ n (2)
Where ξ: volume fraction, σ: equivalent stress, n: constant, K: transformation plasticity coefficient εtr is obtained from the deformation amount ε obtained during measurement, ξ and σ are known numbers, and transformation plasticity coefficient K is unknown. Can be sought.
また、上記変態塑性ひずみ測定方法では、加熱した供試片を冷却剤中に浸漬させて急冷する。 In the transformation plastic strain measurement method, the heated specimen is immersed in a coolant and rapidly cooled.
また、上記変態塑性ひずみ測定方法では、一方が自由端であり他方が固定された異形断面からなる軸体を、上記供試体とすることが好ましい。 In the above-mentioned transformation plastic strain measurement method, it is preferable that a shaft body having a deformed cross section in which one is a free end and the other is fixed is used as the specimen.
本発明の変態塑性ひずみ測定装置および変態塑性ひずみ測定方法によれば、冷却速度の速い変態を伴う材料についても変態塑性係数を定めることが可能になり、その変態塑性係数を用いて変形塑性ひずみを正確に求めることができるという長所を有する。 According to the transformation plastic strain measuring apparatus and the transformation plastic strain measurement method of the present invention, it is possible to determine the transformation plastic coefficient even for a material accompanied by a transformation with a fast cooling rate. It has the advantage that it can be determined accurately.
以下、図面に示した実施の形態に基づいて本発明を詳細に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in detail based on the embodiments shown in the drawings.
〈 変態塑性ひずみ測定装置 〉
図１は、本発明に係る変態塑性ひずみ測定装置の第一の構成を示す正面断面図であり、冷却槽を備えたものである。
<Transformation plastic strain measuring device>
FIG. 1 is a front sectional view showing a first configuration of a transformation plastic strain measuring device according to the present invention, and includes a cooling tank.
同図において、１は天板１ａと底板１ｂを有する円筒状容器で構成された加熱チャンバーであり、内径が略３００ｍｍからなるその加熱チャンバー１の天板１ａからクロスヘッド（供試体移動機構）２を介して供試片３が垂下されている。
In the figure,
詳しくは、クロスヘッド２は、流体圧シリンダ２ａからロッド２ｂが伸縮されることによって加熱室Ａ内を矢印Ｂ方向に昇降するようになっており、クロスヘッド２の下端に供試片３の上端が片持ち状態で固定されている。なお、ロッド２ｂの昇降はスリーブ２ｃによってガイドされている。
Specifically, the
クロスヘッド２は、図示しないドライバを介して自動操作することができるように構成されているが、手動操作によってその昇降量、昇降速度を制御するものであってもよい。
The
また、加熱チャンバー１には真空ポンプ４と不活性ガスを蓄えたタンク５が接続されている。
The
真空ポンプ４を駆動して加熱チャンバー１内を減圧した後、バルブ６を開けば、タンク５内の不活性ガス、例えばアルゴンガスが加熱チャンバー１内に導入され、チャンバー内を不活性ガス雰囲気に置換することができるようになっている。それにより、加熱後の供試片３の酸化を防止するようになっている。
When the
また、供試片３の周囲を巻回するようにして誘導コイル（加熱手段）７が配置されており、供試片３を所定の温度に高周波加熱するようになっている。なお、誘導コイル７は上記スリーブ２ｃに固定されている。
In addition, an induction coil (heating means) 7 is arranged so as to be wound around the
加熱された供試片３の温度は熱電対（温度測定手段）８によって測定され、測定された温度信号Ｓ１はデータ収録・解析装置（変態塑性ひずみ算出手段）９に与えられるようになっている。
The temperature of the heated
このデータ収集・解析装置９は、後述する熱伝導解析部９ａと変形予測部９ｂとを有し、さらに数値や指令を入力するための入力部９ｃを備えている。
The data collection /
上記熱電対８は供試片３の中心部にその感温部を埋設することが好ましい。また、供試片３の温度分布を正確に把握するには、供試片３の外面にも熱電対８を取り付けることが好ましい。なお、熱電対８の取付け箇所が制限される場合には、予め、供試片３の熱伝導、例えば温度勾配を実験にて求めておき、供試片３の一カ所に取り付けた熱電対８で内部温度を推定することもできる。
It is preferable that the
また、供試片３の放射率を特定することができれば、例えば赤外線サーモグラフィーや放射温度計等の非接触式温度計を使用することもできる。
Moreover, if the emissivity of the
赤外線サーモグラフィーは、知られているように、物体から出る赤外線エネルギをセンサで検知し、赤外線エネルギを温度に変換し、物体の温度分布をモニタ上に色パターンで画像出力するものであり、加熱チャンバー１内で昇降する供試片３の表面温度を測定することができる。なお、このような温度解析に使用される赤外線サーモグラフィーは、０．１℃の分解能を備えたものであれば足りる。
As is known, infrared thermography detects infrared energy emitted from an object with a sensor, converts the infrared energy into temperature, and outputs the temperature distribution of the object as a color pattern on a monitor. The surface temperature of the
また、供試片３の昇降動作に追尾できる機構を備えれば、上記放射温度計を使用することもできる。
Moreover, if the mechanism which can track to the raising / lowering operation | movement of the
また、加熱チャンバー１の下部１ｃは、冷却用油（または水）Ｃを貯留するための冷却槽（冷却室）１０として構成されており、この冷却槽１０の上部には冷却槽１０内の空気が加熱室Ａ内に流れることを阻止するための遮蔽蓋１１ａが設けられ、さらにその遮蔽蓋１１ａの中央にはスライド式の開閉扉１１ｂが設けられている。
The
上記開閉扉１１ｂは供試片３の冷却時、すなわち、供試片３を降下させて冷却用油Ｃ内に浸漬する場合にのみ開くようになっている。
The opening /
冷却用油Ｃ中に浸漬された供試片３における自由端側の曲げは、レーザー変位計（変形量測定手段）１２によって測定され、変位信号Ｓ２は上記データ収集・解析装置９に与えられるようになっている。
The bending on the free end side of the
なお、上記冷却用油Ｃは、レーザー変位計１２からのレーザー光を屈折することなく供試片３に照射できるように、透明に調整されたものを使用している。
In addition, the said cooling oil C uses what was adjusted transparently so that the
また、供試片３の変位測定は上記したレーザー変位計１２に限らず、カメラで撮影した画像を画像処理することによっても測定することもできる。
Moreover, the displacement measurement of the
なお、図１中、１ｄは透明窓部を示している。 In FIG. 1, 1d indicates a transparent window.
図２は本発明に係る変態塑性ひずみ測定装置の第二の構成を示す正面断面図であり、冷却槽を備えていないものである。なお、図１と同じ構成要素については同一符号を付してその説明を省略する。また、説明を簡単にするため、クロスヘッド２、誘導コイル７は図示を省略している。
FIG. 2 is a front sectional view showing a second configuration of the transformation plastic strain measuring device according to the present invention, which is not provided with a cooling tank. The same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted. For the sake of simplicity, the
図２(ａ)は冷却前の状態を示している。 FIG. 2A shows a state before cooling.
冷却槽１０を備えていない代わりに冷却用油Ｃ（または水）を貯留したタンク１３を備えており、このタンク１３はバルブ１４を備えた管路１５によって加熱チャンバー１と接続されている。したがって、バルブ１４を開くと、タンク１３内の冷却用油Ｃが加熱室Ａ内に供給される。
Instead of the
図２(ｂ)は冷却開始時の状態を示している。 FIG. 2B shows a state at the start of cooling.
バルブ１４が開かれることによって加熱室Ａ内に油が充填される。
The heating chamber A is filled with oil by opening the
加熱された供試片３の温度は図１に示した方法と同様に、熱電対８によって測定され、測定された温度信号Ｓ１はデータ収録・解析装置９に与えられるようになっている。
The temperature of the
冷却用油Ｃ中に浸漬された供試片３自由端側の曲げは、レーザー変位計１２によって測定され、変位信号Ｓ２は上記データ収録・解析装置９に与えられるようになっている。
Bending immersed in the cooling oil
このようにして図３に示すような変位曲線が求められ、この結果を用いてデータ収録・解析装置９が予め記憶されているプログラムを実行することにより、変態塑性ひずみを計算するようになっている。
In this way, a displacement curve as shown in FIG. 3 is obtained, and the data recording /
また、データ収録・解析装置９は、熱電対８によって連続的に測定された温度と、レーザー変位計１２によって連続的に測定された変位量とをそれぞれ対応させて内部メモリに記憶する。なお、熱電対８の計時とレーザー変位計１２の計時は同期させる。
The data recording /
次に、時間の経過に対応する曲げ変形量Ｘから図４に示すような変位曲線を計算する。この変位曲線は、モニタ（図示しない）の画面上に表示したり、プリンタに印刷出力してもよい。 Next, a displacement curve as shown in FIG. 4 is calculated from the bending deformation amount X corresponding to the passage of time. This displacement curve may be displayed on the screen of a monitor (not shown) or printed out to a printer.
〈 供試片 〉
図４は上記供試片３の形状を示したものであり、(ａ)は正面図、(ｂ)はその端面図を示している。
<Specimen>
FIG. 4 shows the shape of the
本発明で使用される供試片３は、冷却の不均一による一方向への曲がりを誘発するように異形断面に形成されており、ＳＣＲ４２０（表１の成分参照）の鋼軸（φ１０ｍｍ×長さ１００ｍｍ）の軸全長にキー溝３ａを形成している。
The
なお、断面形状を異形とする場合、図４に示した断面形状に限らず、図５に示すような三日月状断面を有する鋼軸であってもよく、また、半円状断面を有する鋼軸（図示しない）であってもよい。 When the cross-sectional shape is irregular, it is not limited to the cross-sectional shape shown in FIG. 4, and may be a steel shaft having a crescent-shaped cross section as shown in FIG. 5, or a steel shaft having a semicircular cross-section. (Not shown).
供試片３の表面熱伝達率は予め測定されており、図６に示すような特性を描く。
The surface heat transfer coefficient of the
（実施例）
供試片３を図１に示した変態塑性ひずみ測定装置のクロスヘッド２に取り付けた。
(Example)
The
真空ポンプ４を駆動させることにより加熱チャンバー１内を脱気した後、バルブ６を開いて加熱チャンバー１内をアルゴン置換した。
After the inside of the
次に、誘導コイル７に高周波電流を流し、供試片３を８５０℃まで加熱した。
Next, a high frequency current was passed through the induction coil 7 to heat the
供試片３の温度は、その供試片３にスポット溶接したＫ熱電対（構成材料：クロメル−アルメル）によって連続的に計測した。
The temperature of the
加熱開始から３０分経過した時点で開閉扉１１ｂを開き、クロスヘッド２を介して供試片３を冷却槽１０内の冷却用油Ｃ中に浸漬させた。
When 30 minutes passed from the start of heating, the open /
なお、冷却用油Ｃは透明に調整されたものであって温度範囲としては６０〜１２０℃が好ましい。 The cooling oil C is adjusted to be transparent, and the temperature range is preferably 60 to 120 ° C.
レーザー変位計１２によって、供試片３において自由端側の曲げ変形量Ｘを連続的に測定した。
With the
図７は、こうして経時的に測定された曲げ変形量を示したものである。 FIG. 7 shows the amount of bending deformation thus measured over time.
この値を有限要素法によって変位解析することにより、後述するように、変態塑性ひずみを定めることが可能になる。なお、変位予測の計算手法としては、有限要素法の他に差分法などを採用することができる。 By analyzing the displacement by the finite element method, it becomes possible to determine the transformation plastic strain as will be described later. In addition to the finite element method, a difference method or the like can be employed as a displacement prediction calculation method.
なお、図７に示した変位曲線について説明すると、一般的に、冷却に伴って材料が縮小する。ところが、変態が進行する（冷却に伴って変態が進む）場合には、キー溝の切っている側の方が速く冷えるため、始めにキー溝側がマイナス側（図中Ｄ参照）に変形し、変態時に逆方向に曲がり始める（図中Ｅ参照）。したがって、約２〜４秒の区間（極小〜極大区間）で変態していると考えられる。 Note that the displacement curve shown in FIG. 7 will be described. Generally, the material shrinks with cooling. However, when the transformation proceeds (transformation proceeds with cooling), the key groove side cools faster, so the key groove side first deforms to the minus side (see D in the figure) It begins to bend in the opposite direction during transformation (see E in the figure). Therefore, it is considered that the transformation occurs in a section (minimum to maximum section) of about 2 to 4 seconds.
〈 変態塑性ひずみの測定方法 〉
次に、データ収録・解析装置９によって変態塑性ひずみを求める手順について説明する。
<Measurement method of transformation plastic strain>
Next, the procedure for obtaining the transformation plastic strain by the data recording /
鋼を冷却すると鋼中に温度分布が生じ、その温度分布による熱応力が発生する。 When steel is cooled, a temperature distribution is generated in the steel, and thermal stress is generated due to the temperature distribution.
変態によって変態応力が発生することは文献等によって報告されている通りであり、組織、温度、応力／ひずみを関連させて解析することが従来から行なわれている。 It has been reported in the literature that transformation stress is generated by transformation, and it has been conventionally performed to analyze the structure, temperature, and stress / strain in relation to each other.
しかしながら、鋼を急冷した場合に生じる変態によって変態応力がどのような影響を受けるかは、変態塑性係数が明確でないため十分に解析されていない。 However, how the transformation stress is affected by the transformation that occurs when steel is rapidly cooled has not been sufficiently analyzed because the transformation plasticity coefficient is not clear.
そこで、本発明では下記の手順によってまず、変態塑性係数Ｋを求めている。 Therefore, in the present invention, the transformation plasticity coefficient K is first obtained by the following procedure.
ａ．熱伝導解析部９ａによる熱伝導解析
応力仕事や潜熱による発熱がある場合の熱伝導解析では、温度Ｔの場を下記式(３)の熱伝導方程式によって求めている。
a. Heat conduction analysis by heat conduction analysis unit 9a In heat conduction analysis when there is heat generation due to stress work or latent heat, the temperature T field is obtained by the heat conduction equation of the following equation (3).
ここで、ρ、ｃ、ｋはそれぞれ密度、比熱、熱伝導率であり、入力部９ｃを介して熱伝導解析部９ａに入力される。なお、潜熱を考慮した右辺、第二項においてＬＩＪおよびξＩＪは、組織ＩからＪへの変態における潜熱および組織Ｊの体積分率である。
Here, ρ, c, and k are density, specific heat, and thermal conductivity, respectively, and are input to the heat conduction analysis unit 9a via the
ξＩＪは、下記式(４)に示されるように、温度Ｔと時間ｔで決まるものであり、冷却速度一定の条件で温度と時間との関係を求めた連続冷却変態図（ＣＣＴ線図）や、温度一定の条件で温度と時間との関係を求めた等温変態図（ＴＴＴ線図）を用いて定式化しておく。 ξ IJ is determined by temperature T and time t, as shown in the following equation (4), and is a continuous cooling transformation diagram (CCT diagram) in which the relationship between temperature and time is obtained under the condition of a constant cooling rate. Alternatively, it is formulated using an isothermal transformation diagram (TTT diagram) in which the relationship between temperature and time is obtained under a constant temperature condition.
例えば、マルテンサイト拡散型変態の場合、ｍａｇｅｅの式（下記式(５)）が用いられることが多い。 For example, in the case of martensite diffusion type transformation, the magee equation (the following equation (5)) is often used.
なお、上記式(４)、(５)では応力の項を影響が小さいとみなして省略している。 In the above formulas (4) and (5), the stress term is omitted because it is considered that the influence is small.
式(５)において、Ｍｓは変態開始温度、Ａは係数である。これらＭｓおよびＡは上記ＣＣＴ線図またはＴＴＴ線図を用いて決定する。 In equation (5), Ms is the transformation start temperature, and A is a coefficient. These Ms and A are determined using the CCT diagram or TTT diagram.
ただし、変態が進行する場合、変態潜熱によって温度が変化するため、式(３)、(５)を連成して解く必要がある。 However, when the transformation proceeds, the temperature changes due to the latent heat of transformation, so it is necessary to solve equations (3) and (5) in combination.
熱伝導解析部９ａは、与えられた条件、および供試片３の冷却過程において熱電対８によって測定された供試片３の温度に基づき、有限要素法に基づいて温度Ｔ、体積分率ξを求め、これらの値をさらに変形予測部９ｂに与える。
Based on the given conditions and the temperature of the
ｂ．変形予測部９ｂによる応力解析
運動方程式を解いて下記式(６)の右辺の各ひずみを求める。
b. Stress Analysis by Deformation Prediction Unit 9b The equation of motion is solved to obtain each strain on the right side of the following equation (6).
ここで、εは全ひずみ、εｅ、εｐ、εｃ、εＴ、εｔｒは、それぞれ、弾性ひずみ、塑性ひずみ、クリープひずみ、熱ひずみ、変態塑性ひずみである。ただし、式(６)中のドット記号は時間微分を示している。 Here, ε is total strain, and ε e , ε p , ε c , ε T , and ε tr are elastic strain, plastic strain, creep strain, thermal strain, and transformation plastic strain, respectively. However, the dot symbol in the equation (6) indicates time differentiation.
上記εｅ、εｐ、εｃ、εＴについては、一般的な構造解析で用いられているため、詳細な説明を省略するが、例えば下記式(７)に示す、 Since ε e , ε p , ε c , and ε T are used in general structural analysis, detailed description thereof is omitted. For example, the following equation (7)
引張試験結果で得られる応力ひずみ関係式や、
例えば下記式(８)式に示す、
Stress-strain relational expression obtained from the tensile test results,
For example, the following formula (8)
本発明では、これらのひずみに対し変態塑性ひずみεｔｒを加味するものである。 In the present invention, the transformation plastic strain ε tr is added to these strains.
上記変態塑性ひずみεｔｒは、変態の進行（体積分率の変化率（１−ξ）、組織の体積分率ξドット）、応力σの関数であり、下記式(９)などが用いられる。 The transformation plastic strain ε tr is a function of transformation progress (volume fraction change rate (1-ξ), tissue volume fraction ξ dots) and stress σ, and the following equation (9) is used.
このとき、変態塑性ひずみεｔｒを決めるための係数Ｋが変態塑性係数であり、材料によって一意に決まるとされている。なお、係数ｎも実験的に求める必要があるが、低応力ではｎ＝１とみなすことができる。 At this time, the coefficient K for determining the transformation plastic strain ε tr is the transformation plasticity coefficient and is uniquely determined by the material. The coefficient n also needs to be obtained experimentally, but can be regarded as n = 1 at low stress.
本発明の変態塑性ひずみ測定方法は、上記変態塑性係数Ｋを定め、その変態塑性係数Ｋに基づいて変態塑性ひずみεｔｒを計算するものである。 The transformation plastic strain measuring method of the present invention determines the transformation plastic coefficient K and calculates the transformation plastic strain ε tr based on the transformation plastic coefficient K.
なお、本発明は従来、明確にされていなかった変態塑性係数Ｋの値を定めることを特徴とするものであるから、その変態塑性係数Ｋを利用して変態塑性ひずみεｔｒを求める計算式としては、式(９)に限らず、下記に示す定義式(１０)を使うこともできる。 Since the present invention is characterized in that the value of the transformation plastic coefficient K, which has not been clarified heretofore, is defined, a calculation formula for obtaining the transformation plastic strain ε tr using the transformation plastic coefficient K is given as Is not limited to the equation (9), and the following definition equation (10) can also be used.
次いで、上記変態塑性係数Ｋを用いて計算された時刻ｔにおける曲げ変形量Ｘと実測した曲げ変形量Ｘ′とを比較し、
Ｘ−Ｘ′＜許容誤差ｐ
であるかどうかを判断する。
Next, the bending deformation amount X at time t calculated using the transformation plasticity coefficient K is compared with the actually measured bending deformation amount X ′.
X−X ′ <allowable error p
It is determined whether or not.
判断の結果、ｎｏであれば、Ｋ＋ΔＫを、仮定した変態塑性係数Ｋとして再度、変形予測部９ｂに与え、曲げ変形量Ｘを計算する。 If the result of determination is no, K + ΔK is again given to the deformation prediction unit 9b as the assumed transformation plasticity coefficient K, and the bending deformation amount X is calculated.
その結果が許容誤差ｐを下回れば、次に時刻ｔ＝ｔ＋Δｔとして、変形が進行する供試片３について変態塑性係数Ｋを経時的に計算していく。なお、変態塑性係数Ｋの値は基本的に材料によって一つに定まるものであるが、計算によって複数求められる場合にはそれらの平均をとってもよい。
If the result falls below the permissible error p, the transformation plastic coefficient K is calculated over time for the
このように、変形予測部９ｂによって定められた変態塑性係数Ｋを用い、ひずみ算出部９ｃは時刻ｔ毎の変態塑性ひずみεｔｒを計算する。
In this way, using the transformation plastic coefficient K determined by the deformation prediction unit 9b, the
したがって、上記変態塑性ひずみ測定方法によれば、変態塑性ひずみεｔｒを正確に計算することができるため、材料の強度評価や変形の予測を行なうことが可能になる。 Therefore, according to the transformation plastic strain measurement method, the transformation plastic strain ε tr can be accurately calculated, and therefore it is possible to evaluate the strength of the material and predict deformation.
１ 加熱チャンバー
２ クロスヘッド
２ａ 流体圧シリンダ
３ 供試片
４ 真空ポンプ
５ タンク
６ バルブ
７ 誘導コイル
８ 熱電対
９ データ収集・解析装置
９ａ 熱伝導解析部
９ｂ 変形予測部
９ｃ 入力部
１０ 冷却槽
１１ａ 遮蔽蓋
１１ｂ 開閉扉
１２ レーザー変位計
１３ タンク
１４ バルブ
１５ 管路
DESCRIPTION OF
Claims (9)
上記供試片の温度を測定する温度測定手段と、
急冷却中の上記供試片の変形量を測定する変形量測定手段と、
上記温度測定手段によって測定された供試片温度および上記変形量測定手段によって測定された変形量に基づいて変態塑性係数を定め、その変態塑性係数を用いて変態塑性ひずみを算出する変態塑性ひずみ算出手段と、を備えてなることを特徴とする変態塑性ひずみ測定装置。 A container for storing the specimen and heating and quenching;
Temperature measuring means for measuring the temperature of the specimen, and
A deformation amount measuring means for measuring the deformation amount of the test piece during rapid cooling;
A transformation plastic strain is calculated by determining a transformation plastic coefficient based on the specimen temperature measured by the temperature measuring means and the deformation measured by the deformation measuring means, and calculating the transformation plastic strain using the transformation plastic coefficient. And a transformation plastic strain measuring device.
ε＝εｅ＋εｐ＋εｃ＋εＴ＋εｔｒ ……(１)
ただし、εｅ：弾性ひずみ、εｐ：塑性ひずみ、εｃ：クリープひずみ、
εＴ：熱ひずみ、εｔｒ：変態塑性ひずみ
各ひずみεｅ，εｐ，εｃ，εＴを一般的な構造解析により求め、
変態塑性ひずみεｔｒを下記(２)式によって定義し、
εｔｒ＝（２／３）Ｋ（１−ξ）ξσｎ ……(２)
ただし、ξ：体積分率、σ：相当応力、ｎ：定数、Ｋ：変態塑性係数
測定時に求められる変形量εからεｔｒを求め、ξ、σを既知数とし、変態塑性係数Ｋを未知数として求めることを特徴とする請求項６記載の変態塑性ひずみ測定方法。 The deformation amount ε of the specimen is defined by the following equation (1):
ε = ε e + ε p + ε c + ε T + ε tr (1)
Where ε e : elastic strain, ε p : plastic strain, ε c : creep strain,
ε T : thermal strain, ε tr : transformation plastic strain Each strain ε e , ε p , ε c , ε T is obtained by general structural analysis,
The transformation plastic strain ε tr is defined by the following equation (2):
ε tr = (2/3) K (1-ξ) ξσ n (2)
However, ξ: volume fraction, σ: equivalent stress, n: constant, K: transformation plasticity coefficient εtr is obtained from the deformation amount ε obtained during measurement, ξ, σ are known numbers, and transformation plasticity coefficient K is unknown. The transformation plastic strain measurement method according to claim 6, wherein the transformation plastic strain measurement method is obtained.
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010281719A (en) * | 2009-06-05 | 2010-12-16 | Kobe Steel Ltd | Transformation plastic coefficient testing device and transformation plastic coefficient identification method |
| CN102830133A (en) * | 2011-06-14 | 2012-12-19 | 松下电器产业株式会社 | Volume measuring device and volume change measuring method |
| JP2016162381A (en) * | 2015-03-05 | 2016-09-05 | 株式会社神戸製鋼所 | Residual stress estimation method and residual stress estimation device |
| JP2017053807A (en) * | 2015-09-11 | 2017-03-16 | 株式会社日本製鋼所 | Heat treatment simulation method of steel and heat treatment simulation program of steel |
| US10830652B2 (en) * | 2017-04-26 | 2020-11-10 | Panasonic Intellectual Proprety Management Co., Ltd. | Stress measurement device, stress measurement system, and stress measurement method |
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Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010281719A (en) * | 2009-06-05 | 2010-12-16 | Kobe Steel Ltd | Transformation plastic coefficient testing device and transformation plastic coefficient identification method |
| CN102830133A (en) * | 2011-06-14 | 2012-12-19 | 松下电器产业株式会社 | Volume measuring device and volume change measuring method |
| JP2016162381A (en) * | 2015-03-05 | 2016-09-05 | 株式会社神戸製鋼所 | Residual stress estimation method and residual stress estimation device |
| WO2016140094A1 (en) * | 2015-03-05 | 2016-09-09 | 株式会社神戸製鋼所 | Residual stress estimation method and residual stress estimation device |
| JP2017053807A (en) * | 2015-09-11 | 2017-03-16 | 株式会社日本製鋼所 | Heat treatment simulation method of steel and heat treatment simulation program of steel |
| US10830652B2 (en) * | 2017-04-26 | 2020-11-10 | Panasonic Intellectual Proprety Management Co., Ltd. | Stress measurement device, stress measurement system, and stress measurement method |
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