JP6556785B2 - 鋳鉄材料の疲労強度を予測する方法 - Google Patents
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Description
まず、X線CT(Computed Tomography)装置を用いて疲労強度評価対象部位の観察を行う。X線CT装置としては、例えば、東芝ITコントロールシステム株式会社製、TOSCANER− 32300μFDを用いることができる。この装置により得られた画像は縦、横、高さの三方向に関して全て5μmの分解能を有する。
ステップS1により確認された欠陥を分類する。球状黒鉛鋳鉄品に生じる欠陥には、引け巣、非球状黒鉛、集合黒鉛が含まれる。ここで、まず、黒鉛について考える。黒鉛の表面積をy(単位立方ミクロン)、黒鉛の体積をx(単位平方ミクロン)としたときに、式[y=4 .8352x0.6667]で表されるxy平面上の曲線を設定する。以下、本明細書において、上記式[y=4 .8352x0.6667]を「理想球形関係式」と呼び、上記曲線を「理想球形関係曲線」と呼ぶこととする。
ステップS30では、ステップS2において非球形と判定された欠陥(非球状黒鉛または引け巣)の球相当径が80μm未満であるか否かが判定される。80μm未満である場合にはフローはステップS31に進み、80μm以上である場合にはフローはステップS32に進む。ここで、黒鉛の「球相当径」とは、当該黒鉛の体積xと同じ体積を有する球の直径を意味する。
σ=0.5×σB・・・(疲労強度計算式3)
但し、σBは材料の引張強さである。
上記の疲労強度計算式3は、一般的な鋼材の疲労強度で良く知られた計算式であり、欠陥(黒鉛)サイズが小さい球状黒鉛鋳鉄の場合にも適用することが可能である。
ステップS40では、ステップS2において球形と判定された黒鉛(欠陥)が集合黒鉛を構成するものか否かが判定される。つまり、ステップS2における判定対象の黒鉛(第1黒鉛)から最も近い黒鉛(第2黒鉛)までの距離(三次元的な距離)が15μm未満である場合には、第1黒鉛及び第2黒鉛のセットは集合黒鉛と見なされ、フローはステップS41に進む。なお、集合黒鉛は上記第1及び第2黒鉛の2つから構成されるとは限らず、第1黒鉛から15μm未満の距離だけ離れた位置にある第2黒鉛とは別の第3の黒鉛、あるいは、第2黒鉛から15μm未満の距離だけ離れた位置にある第4の黒鉛なども、1セットの集合黒鉛を構成する。つまり、上記条件を満たす複数の黒鉛のうちのいずれか一つから15μm未満の距離だけ離れた位置に別の黒鉛があった場合には、前記複数の黒鉛及び別の黒鉛は1セットの集合黒鉛を構成する。
まず、ステップS40の説明に記載した考え方に基づいて1セットの集合黒鉛を構成する黒鉛が決定されたら、この集合黒鉛を構成する全ての黒鉛を内包する包含球を設定し、この包含球の半径が80μm未満である場合にはフローはステップS43に進み、80μm以上である場合にはフローはステップS44に進む。上記の包含球とは、集合黒鉛を構成する全ての黒鉛を同時に内包することができる最小径の球を意味する。なお、集合黒鉛の包含球の大きさは、集合黒鉛の分布により決定されるので、単体で見て最大の黒鉛を含む集合黒鉛の包含球の大きさが最大とは限らない。従って、ステップ40以降の操作は、単体で見て最大の黒鉛だけでなく、包含球の大きさが最大となりうる集合黒鉛を構成しうる複数の黒鉛に対して行うことが好ましい。
(条件1)直方体の6つの面が欠陥に接していること。
(条件2)直方体は互いに対面する互いに平行な2つの面からなる組を3組有するが、そのうちの一組の面の法線ベクトルが材料に負荷される主応力方向に一致していること。
(条件3)上記の条件1及び条件2を満足しつつ、直方体の体積が最小となること。
上記の条件1〜3を満たす直方体の体積が疲労強度計算式1、2における「V」である。
Claims (7)
- 鋳鉄材料の疲労強度を予測する方法であって、
前記鋳鉄材料をX線CT(Computed Tomography)により撮像し、前記鋳鉄材料中に含まれる欠陥の三次元画像を得る工程と、
前記鋳鉄材料中に含まれる欠陥のうちの最大体積を有する欠陥に外接する直方体の体積の三乗根を求める工程と、
前記鋳鉄材料の硬さ及び前記直方体の体積の三乗根をパラメータとして含む計算式に基づいて、前記鋳鉄材料の疲労強度を算出する工程と、
を備えた方法。 - 前記直方体を構成する互いに対面する一組の面の法線ベクトルが材料に負荷される主応力方向に一致するように前記直方体が設定される、請求項1記載の方法。
- 前記欠陥は、非球状黒鉛、引け巣または集合黒鉛である、請求項1または2記載の方法。
- 曲げ疲労強度を算出する計算式として下式が用いられ、下式において、「σ」は前記鋳鉄材料の疲労強度(単位MPa)、「HV」は前記鋳鉄材料のビッカース硬さ、「V」は前記直方体の体積(単位立方マイクロメートル)、「α」は前記欠陥の位置に応じて定まる定数であることを特徴とする請求項1から3のうちのいずれか一項に記載の方法。
- 軸荷重疲労強度を算出する計算式として下式が用いられ、下式において、「σ」は前記鋳鉄材料の疲労強度(単位MPa)、「HV」は前記鋳鉄材料のビッカース硬さ、「V」は前記直方体の体積(単位立方マイクロメートル)、「α」は前記欠陥の位置に応じて定まる定数、「r」は前記鋳鉄材料からなる試験片の半径であることを特徴とする請求項1から3のうちのいずれか一項に記載の方法。
- 請求項1から5のうちのいずれか一項に記載の方法を実施するための解析ソフトウエア。
- 請求項6記載の解析ソフトウエアがインストールされたコンピュータと組み合わされたX線CT装置。
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