JPH0387342A - 金属の応力緩和方法 - Google Patents
金属の応力緩和方法Info
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- JPH0387342A JPH0387342A JP2213824A JP21382490A JPH0387342A JP H0387342 A JPH0387342 A JP H0387342A JP 2213824 A JP2213824 A JP 2213824A JP 21382490 A JP21382490 A JP 21382490A JP H0387342 A JPH0387342 A JP H0387342A
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Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
- C22F3/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by special physical methods, e.g. treatment with neutrons
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D10/00—Modifying the physical properties by methods other than heat treatment or deformation
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- Apparatuses For Generation Of Mechanical Vibrations (AREA)
- Testing Of Devices, Machine Parts, Or Other Structures Thereof (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、金属部材の応力を緩和する方法に関し、更に
詳しくは本出願人の先願に係る米国特許第３，７４１，
８２０号に開示された応力緩和方法の改良に関する。
詳しくは本出願人の先願に係る米国特許第３，７４１，
８２０号に開示された応力緩和方法の改良に関する。
溶接等により金属部材に残存する残留応力はその部材の
機械的振動共鳴周波数に対応する一定の分数調和周波数
で相当時間機械的な周期的振動エネルギーをその部材に
加えることによって緩和されることは周知のことである
。（米国特許第３，７４１．８２０号） 分数調和周波数はある周波数で機械的な周期的振動エネ
ルギーを部材に加え周波数の関数として部材に流れ込む
エネルギーの減衰を監視して、複数の振動共鳴吸収のピ
ークを識別することによって定められる。分数調和周波
数の応力緩和共鳴周波数は共鳴ピークの一つの低周波の
肩にそっである様に選択されていた。
機械的振動共鳴周波数に対応する一定の分数調和周波数
で相当時間機械的な周期的振動エネルギーをその部材に
加えることによって緩和されることは周知のことである
。（米国特許第３，７４１．８２０号） 分数調和周波数はある周波数で機械的な周期的振動エネ
ルギーを部材に加え周波数の関数として部材に流れ込む
エネルギーの減衰を監視して、複数の振動共鳴吸収のピ
ークを識別することによって定められる。分数調和周波
数の応力緩和共鳴周波数は共鳴ピークの一つの低周波の
肩にそっである様に選択されていた。
前記特許に開示されているプロセスは市場で受は容れら
れ成功しているけれども、なお改良すべき点があった。
れ成功しているけれども、なお改良すべき点があった。
本発明の目的は、金属部材に対して応力緩和の振動周波
数の選択に対する改良された技術によって特徴ずけられ
、それによって上に述べられた従来の技術に従ってこれ
までに得られてきた以上の金属部材に対する効果的な応
力緩和が得られるような方法を提供するにある。
数の選択に対する改良された技術によって特徴ずけられ
、それによって上に述べられた従来の技術に従ってこれ
までに得られてきた以上の金属部材に対する効果的な応
力緩和が得られるような方法を提供するにある。
簡単に言えば、前記特許に開示された応力緩和技術は本
発明により下記の手段によって改良され、洗練されたも
のとなる。
発明により下記の手段によって改良され、洗練されたも
のとなる。
それは、試験周波数範囲で部材に機械的な周期的振動エ
ネルギーを加え、部材に流れ込むエネルギー減衰効果を
周波数の関数として監視して、それぞれが複数の振動共
鳴吸収ピークからなる複数次数の調和振動の吸収ピーク
を識別することである。典型的な金属部材は最高４８個
の共鳴ピークを現示するが、これらはそれぞれが大体穴
つの共鳴ピークをもつ八つの調和振動の次数に分類され
る。調和振動の吸収ピークは本発明の際立った特徴によ
って共鳴振動の吸収ピークと識別される。
ネルギーを加え、部材に流れ込むエネルギー減衰効果を
周波数の関数として監視して、それぞれが複数の振動共
鳴吸収ピークからなる複数次数の調和振動の吸収ピーク
を識別することである。典型的な金属部材は最高４８個
の共鳴ピークを現示するが、これらはそれぞれが大体穴
つの共鳴ピークをもつ八つの調和振動の次数に分類され
る。調和振動の吸収ピークは本発明の際立った特徴によ
って共鳴振動の吸収ピークと識別される。
その特徴は、金属部材に結合された振動トランスデユー
サの応答特性を適当に減衰させ、電気的出力が共鳴ピー
クよりは調和振動群の共鳴ピークの関数として変化する
ようにすることである。
サの応答特性を適当に減衰させ、電気的出力が共鳴ピー
クよりは調和振動群の共鳴ピークの関数として変化する
ようにすることである。
本発明を実施する次のステップは、三つの最低次数の調
和振動から特定の調和振動ピークを応力を緩和すべき金
属部材の組成の関数として選択することである。例えば
、略２５ヘルツを中心とする第１次の調和振動が低炭素
鋼と鋳鉄に特に有利なことが発見されている。約４０ヘ
ルツを中心とする第２次調和振動は高炭素鋼に格別に有
利なことが発見されており、−前約５０ヘルツを中心と
する第３次調和振動がアル壽ニウム、チタニウム。
和振動から特定の調和振動ピークを応力を緩和すべき金
属部材の組成の関数として選択することである。例えば
、略２５ヘルツを中心とする第１次の調和振動が低炭素
鋼と鋳鉄に特に有利なことが発見されている。約４０ヘ
ルツを中心とする第２次調和振動は高炭素鋼に格別に有
利なことが発見されており、−前約５０ヘルツを中心と
する第３次調和振動がアル壽ニウム、チタニウム。
鋼合金に特に有利であることが見出されている。
それから、応力緩和の特定の分数調和周波数は選択され
た調和振動のピーク、出来れば選択された調和振動のピ
ークのピーク振幅の三分の一に等しい調和振動の振幅に
対応する周波数であることが望ましいが、その調和振動
のピークの主要な傾斜若しくは肩にそって識別される。
た調和振動のピーク、出来れば選択された調和振動のピ
ークのピーク振幅の三分の一に等しい調和振動の振幅に
対応する周波数であることが望ましいが、その調和振動
のピークの主要な傾斜若しくは肩にそって識別される。
この様に識別された応力緩和の分数調和周波数で機械的
な周期的振動エネルギーが相当時間部材に加えられる。
な周期的振動エネルギーが相当時間部材に加えられる。
本発明による応力緩和方法は軟、硬両合金を含む広い範
囲の金属合金に適用することができ、その合金の冷間ま
たは熱間加工を問わず実施出来ることが見出されている
。更に本発明による応力緩和方法は溶接工程中でも溶接
工程後でも実施出来る。応力緩和の分数調和周波数で加
えられる周期的振動エネルギーは、定常状態にある低い
安定した一定のレベルで周期的振動周波数で加えられる
ときに金属に力学的な運動エネルギーが流れ込むことを
可能にする。周期的な振動は、金属合金に見出されてい
る質量−スプリングの関係を使った力学的な負荷、無負
荷のメカニズムである。降伏係数のコンプライアンス（
硬度）は金属構造に残存する臨界（引張）残留応力の程
度を表す。本発明に従って冷間で機械的な周期的エネル
ギーを分数調和周波数で加えると、のぞましくない応力
を再分布若しくは変換して強度を強くする。低い調和振
動数の時間的なエネルギー浴（例えば、２時間以下）は
２乃至３年の戸外エージングと同様な金属緩和をもたら
す。
囲の金属合金に適用することができ、その合金の冷間ま
たは熱間加工を問わず実施出来ることが見出されている
。更に本発明による応力緩和方法は溶接工程中でも溶接
工程後でも実施出来る。応力緩和の分数調和周波数で加
えられる周期的振動エネルギーは、定常状態にある低い
安定した一定のレベルで周期的振動周波数で加えられる
ときに金属に力学的な運動エネルギーが流れ込むことを
可能にする。周期的な振動は、金属合金に見出されてい
る質量−スプリングの関係を使った力学的な負荷、無負
荷のメカニズムである。降伏係数のコンプライアンス（
硬度）は金属構造に残存する臨界（引張）残留応力の程
度を表す。本発明に従って冷間で機械的な周期的エネル
ギーを分数調和周波数で加えると、のぞましくない応力
を再分布若しくは変換して強度を強くする。低い調和振
動数の時間的なエネルギー浴（例えば、２時間以下）は
２乃至３年の戸外エージングと同様な金属緩和をもたら
す。
本発明の作用、効果については、一部は既に記述されて
いるが、追加される目的、特徴とそれらに付随する利点
とともに本発明については以下の記述と冒頭のクレーム
及び添付された図面によって最も良く理解される筈であ
る。
いるが、追加される目的、特徴とそれらに付随する利点
とともに本発明については以下の記述と冒頭のクレーム
及び添付された図面によって最も良く理解される筈であ
る。
第１図は本発明方法により金属ビームの応力を緩和する
ための装置を示す透視図である。
ための装置を示す透視図である。
第２図は本発明の例証的な実施例である三つの低次調和
振動のピークと応力緩和周波数との関係を示すグラフで
ある。
振動のピークと応力緩和周波数との関係を示すグラフで
ある。
米国特許第３．７３６，４４８号と同第３，７４Ｌ８２
０号の開示内容がここで参照資料として役立てられる。
０号の開示内容がここで参照資料として役立てられる。
第１図はビーム１０の応力を緩和する本発明の実施例で
ある。ビームは支持１４上に配置した複数の振動クツシ
ョン１２にマウントされている。
ある。ビームは支持１４上に配置した複数の振動クツシ
ョン１２にマウントされている。
出来れば可変速偏心モータからなる振動器１６はビーム
１０にマウントされ、電子制御器１８に接続されている
。
１０にマウントされ、電子制御器１８に接続されている
。
振動トランスデユーサ２０は同様にビームｌＯにマウン
トされて、電気的な出力をビーム振動の振幅の関数とし
て電子制御器■８に供給する。電子制御器１８は、モー
タ１６によってビーム１０に加えられる振動の周波数を
選択的に変化するためのノブその他の適当な制御手段２
２、オペレータに振動周波数を示す為のゲージその他の
適当な続出手段２４および出力に接続されてビーム１０
の周波数応答特性を記録するＸ−Ｙプロッタ２８を有す
る記録器２６を備えている。
トされて、電気的な出力をビーム振動の振幅の関数とし
て電子制御器■８に供給する。電子制御器１８は、モー
タ１６によってビーム１０に加えられる振動の周波数を
選択的に変化するためのノブその他の適当な制御手段２
２、オペレータに振動周波数を示す為のゲージその他の
適当な続出手段２４および出力に接続されてビーム１０
の周波数応答特性を記録するＸ−Ｙプロッタ２８を有す
る記録器２６を備えている。
第２図はビーム１０の周波数応答特性即ち三つの違った
記録感度で走査された走査点４０，４２゜４４の振動振
幅対周波数のプロット２８を示す。
記録感度で走査された走査点４０，４２゜４４の振動振
幅対周波数のプロット２８を示す。
最初の感度設定で、第１次調和振動は約２５ヘルツを中
心とするピーク３０を示す。低感度の設定では、記録さ
れたピーク３０の振幅はそれに応じて低下し、第２のピ
ーク３２が約４０ヘルツを中心とするより高次の第２次
−調和振動数で観察されている。同様に、さらに感度を
低下させると、ピーク３０の振幅、ピーク３２の振幅が
減少し、約５０ヘルツを中心とするピーク３４に第３次
調和振動数を記録する。ピーク３０乃至３４はそれぞれ
より高い周波数の複数の共鳴ピークを含んでいる。調和
振動数のピーク３０乃至３４は、振動トランスデユーサ
２０の応答特性を、トランスデユーザの構造またはトラ
ンスデユーサに応答するエレクトロニクスの何れかによ
って応答を減衰させることによって共鳴ピークと区別さ
れる。本発明の好ましい実施態様ではトランスデユーサ
２０は米国特許第３，７３６，４４８号に開示された形
式を採用しているが、これはその機械的構造が調和振動
には応答するが、一方共鳴ピークは無視してその応答特
性が減衰するようになっている。
心とするピーク３０を示す。低感度の設定では、記録さ
れたピーク３０の振幅はそれに応じて低下し、第２のピ
ーク３２が約４０ヘルツを中心とするより高次の第２次
−調和振動数で観察されている。同様に、さらに感度を
低下させると、ピーク３０の振幅、ピーク３２の振幅が
減少し、約５０ヘルツを中心とするピーク３４に第３次
調和振動数を記録する。ピーク３０乃至３４はそれぞれ
より高い周波数の複数の共鳴ピークを含んでいる。調和
振動数のピーク３０乃至３４は、振動トランスデユーサ
２０の応答特性を、トランスデユーザの構造またはトラ
ンスデユーサに応答するエレクトロニクスの何れかによ
って応答を減衰させることによって共鳴ピークと区別さ
れる。本発明の好ましい実施態様ではトランスデユーサ
２０は米国特許第３，７３６，４４８号に開示された形
式を採用しているが、これはその機械的構造が調和振動
には応答するが、一方共鳴ピークは無視してその応答特
性が減衰するようになっている。
適当な応力緩和周波数を識別するために、特定の調和振
動のピーク３０乃至３４がビーム１０のｍ戒の関数とし
て使用される。例えばピーク３０に対応する第１次調和
振動数は低炭素鋼と鋳鉄に有利に使えることが見出され
ている。ピーク３２に図示されている第２次調和振動数
は高炭素鋼に有利に使用され、一方ピーク３４に図示さ
れている第３次調和振動数はアルミニウム、チタニウム
。
動のピーク３０乃至３４がビーム１０のｍ戒の関数とし
て使用される。例えばピーク３０に対応する第１次調和
振動数は低炭素鋼と鋳鉄に有利に使えることが見出され
ている。ピーク３２に図示されている第２次調和振動数
は高炭素鋼に有利に使用され、一方ピーク３４に図示さ
れている第３次調和振動数はアルミニウム、チタニウム
。
または銅合金に有利に使用される。適当な応力緩和周波
数を識別するために、最大の感度で注目のピークを示す
走査点４０．４２．４４が使用されている。例えば、低
炭素鋼に対しては走査点４０が最大感度でピーク３０を
示すのに使用されている。
数を識別するために、最大の感度で注目のピークを示す
走査点４０．４２．４４が使用されている。例えば、低
炭素鋼に対しては走査点４０が最大感度でピーク３０を
示すのに使用されている。
特定の応力緩和分数調和周波数は、プロット２８中で選
択された調和振動数ピークにおける振動振幅と結びつい
た周波数として、即ち調和振動数スロープの始めの振幅
と比較してそのピークの極大振幅の三分の一に等しい振
動振幅の周波数として識別される。言い換えると、三分
の一振幅点は調和振動数スロープの始めではＯに対して
は見出されない。この様にして第２図のプロット２８に
おいて、大体１８ヘルツの応力緩和分数調和周波数がピ
ーク３０の振幅の三分の−であるポイント４６と結びつ
けられる。走査点４２では、約３５ヘルツの応力緩和分
数調和周波数がピーク３２の極大振幅の大体三分の−で
あるポイント４８と結びつけられ、約４７ヘルツの応力
緩和周波数がピーク３４の極大振幅の三分の−であるポ
イント５０と結びつけられる。
択された調和振動数ピークにおける振動振幅と結びつい
た周波数として、即ち調和振動数スロープの始めの振幅
と比較してそのピークの極大振幅の三分の一に等しい振
動振幅の周波数として識別される。言い換えると、三分
の一振幅点は調和振動数スロープの始めではＯに対して
は見出されない。この様にして第２図のプロット２８に
おいて、大体１８ヘルツの応力緩和分数調和周波数がピ
ーク３０の振幅の三分の−であるポイント４６と結びつ
けられる。走査点４２では、約３５ヘルツの応力緩和分
数調和周波数がピーク３２の極大振幅の大体三分の−で
あるポイント４８と結びつけられ、約４７ヘルツの応力
緩和周波数がピーク３４の極大振幅の三分の−であるポ
イント５０と結びつけられる。
調和振動数ピークの位置が総ての金属と合金に対して本
質的には２５，４０．５０ヘルツに留まり、ピークの幅
とスロープが合金および（または）形状とともに変化す
る。従って異なった形状の二つの鋳鉄の構造に対しては
応力緩和分数調和周波数が、例えば、必ずしも同じくは
ならない。三分の−の設定ポイントは最適であることが
、見出されてきている。三分の−より小さくても応力緩
和がおこるが、もっと処理時間（ｄｗｅｌｌ ｔｉｍｅ
）がながくなる。同様に、ピーク振幅の三分の−と三分
の二の間の点では応力緩和が起こるが、処理時間は増大
する。調和振動ピークの三分の二辺上の設定ではうまく
行かない。溶接若しくは鋳造の間に応力が緩和している
と、最適の応力緩和周波数は合金の硬化および（または
）更に溶接を行なう間に変化する。三分の−の設定ポイ
ントを監視して、調和振動数条件の変化に従って調整し
なければならない。
質的には２５，４０．５０ヘルツに留まり、ピークの幅
とスロープが合金および（または）形状とともに変化す
る。従って異なった形状の二つの鋳鉄の構造に対しては
応力緩和分数調和周波数が、例えば、必ずしも同じくは
ならない。三分の−の設定ポイントは最適であることが
、見出されてきている。三分の−より小さくても応力緩
和がおこるが、もっと処理時間（ｄｗｅｌｌ ｔｉｍｅ
）がながくなる。同様に、ピーク振幅の三分の−と三分
の二の間の点では応力緩和が起こるが、処理時間は増大
する。調和振動ピークの三分の二辺上の設定ではうまく
行かない。溶接若しくは鋳造の間に応力が緩和している
と、最適の応力緩和周波数は合金の硬化および（または
）更に溶接を行なう間に変化する。三分の−の設定ポイ
ントを監視して、調和振動数条件の変化に従って調整し
なければならない。
前述の検討に従って、問題の特定の構造と合金に対する
最適応力緩和分数調和周波数を識別したら、モータ１６
をその識別された周波数で相当な時間、２時間程度駆動
させ、金属部材の応力緩和を行なう。ビーム１０の様な
大きな部材の場合、第１図に仮想線で示されている様に
、何回も移動させる必要がある。
最適応力緩和分数調和周波数を識別したら、モータ１６
をその識別された周波数で相当な時間、２時間程度駆動
させ、金属部材の応力緩和を行なう。ビーム１０の様な
大きな部材の場合、第１図に仮想線で示されている様に
、何回も移動させる必要がある。
この分数調和振動方法を、たとえば二つの部材をその固
化により両者間に結合を生せしめる液状物質を用いて接
合したような材料に適用すると、理論的にはより強いよ
り加工し易い結合が得られると考えられる。その場合、
振動のエネルギー力と調和振動周波数の位置が変るだけ
であろう。
化により両者間に結合を生せしめる液状物質を用いて接
合したような材料に適用すると、理論的にはより強いよ
り加工し易い結合が得られると考えられる。その場合、
振動のエネルギー力と調和振動周波数の位置が変るだけ
であろう。
第１図は本発明方法を実施する装置の一例を示す透視図
、 第２図は本発明の実施例に係る三つの低次調和振動ピー
クと応力緩和周波数との関係を示すグラフである。 １０・・・ビーム、１２・・・振動クツション、１４・
・・支持、１６・・・振動器、１８・・・電子制御器、
２０・・・振動トランスデユーサ、２６・・・記録器、
２８・・・プロッタ、３０．３２．３４・・・ピーク。
、 第２図は本発明の実施例に係る三つの低次調和振動ピー
クと応力緩和周波数との関係を示すグラフである。 １０・・・ビーム、１２・・・振動クツション、１４・
・・支持、１６・・・振動器、１８・・・電子制御器、
２０・・・振動トランスデユーサ、２６・・・記録器、
２８・・・プロッタ、３０．３２．３４・・・ピーク。
Claims (8)
- （１）対象とする金属の応力を緩和する方法であって、 （ａ）試験周波数範囲で上記対象に機械的に周期的な振
動エネルギーを加える工程、 （ｂ）該対象に流れ込むエネルギーの減衰効果を周波数
の関数として監視し、それぞれ複数の振動の共鳴吸収の
ピークからなる複数の高次調和振動の吸収ピークを識別
する工程、（ｃ）上記調和振動のピークの分数調和周波
数に対応する一定周波数で相当時間対象に機械的周期的
振動エネルギーを加える工程 を含むことを特徴とする金属の応力緩和方法。 - （２）前記工程（ｂ）が、 （ｂ１）電気信号を振動の振幅の関数として供給する振
動トランスデューサを対象の上にマウントする工程、 （ｂ２）共鳴ピークの調和振動数群の関数としてその出
力が変わるように機械的振動に対する上記トランスデュ
ーサの応答を減衰させる工程とからなる請求項１の金属
の応力緩和方法。 - （３）上記工程（ｃ）に先じて、（ｄ）上記一定の周波
数を対象の組成の関数として選択する工程 を含む請求項１の金属の応力緩和方法。 - （４）上記工程（ｄ）が、 （ｄ１）複数の次数の調和振動数の内、対象の組成の関
数として特定次数の調和振動数を選択し、 （ｄ２）前記特定次数の調和振動数と結びつけられ、前
記特定次数の極大振幅のほぼ三分の一に等しい振幅に対
応する分数調和周波数を識別し、且つ上記工程（ｃ）で
識別された前記分数調和周波数で対象に前記機械的な周
期的振動エネルギーを加える工程からなる請求項３の金
属の応力緩和方法。 - （５）金属部材の応力緩和方法であって （ａ）試験周波数範囲でその部材に機械的な周期的振動
エネルギーを加える工程、 （ｂ）振動振幅の関数として電気的出力信号を供給する
振動トランスデューサを部材の上にマウントし、前記出
力が共鳴ピークの調和振動数群の関数として変化するよ
うに上記トランスデューサの機械振動に対する応答を減
衰することによって部材に流れ込むエネルギーの減衰効
果を周波数の関数として監視する工程、 （ｃ）複数の共鳴ピークからなる調和振動吸収の少なく
とも一つのピークを識別する工程、しかる後 （ｄ）前記少なくとも一つの調和振動ピークの分数調和
周波数に対応する一定周波数で相当時間部材に機械的周
期的振動エネルギーを加える工程 を含むことを特徴とする金属の応力緩和方法。 - （６）上記工程（ｄ）が、上記分数調和周波数として前
記ピークの振動振幅が上記ピークにおける極大振動振幅
の三分の一になるように選択する工程からなる請求項５
の金属の応力緩和方法。 - （７）上記工程（ｃ）が複数の上記調和振動の吸収ピー
クを識別する工程（ｃ１）と、部材の組成の関数として
上記の一つのピークを選択する工程（ｃ２）からなる請
求項６の金属の応力緩和方法。 - （８）（ｅ）工程（ｄ）で述べられたように上記エネル
ギーを加える間に工程（ｂ）で述べられたような減衰効
果を監視する工程と、 （ｆ）上記一つのピークの調和振動周波数の如何なる変
化も識別する工程と、 （ｇ）工程（ｆ）で識別された上記変化の関数として工
程（ｄ）で述べられたように上記一つのピークを再選択
する工程 とを含む請求項７の金属の応力緩和方法。
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