(57)【要約】【課題】疲労亀裂発生前に材料の損傷過程を捉えることのできる新規な材料の寿命評価方法を提供するとともに、材料の疲労破壊を未然に防止する方法を提供する。【解決手段】所定の材料に対して応力を繰り返し負荷し、前記材料に対する前記応力の負荷開始から破断までの自発磁化の変化を予めモニターする。次いで、前記材料の、前記応力負荷の繰り返し数と前記自発磁化との相関を導出する。次いで、前記材料の実際の使用において、前記材料の自発磁化を随時モニターし、その自発磁化の大きさを前記応力負荷の繰り返し数と前記自発磁化との前記相関と比較することにより、前記材料の寿命を評価し、前記材料の疲労破壊を未然に防止する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の材料に対して応力を繰り返し負荷し、前記材料中の、変形誘起磁気遷移を通じて生じた自発磁化の大きさから前記材料の寿命を評価することを特徴とする、材料の寿命評価方法。
【請求項２】
前記材料に対して応力を繰り返し負荷し、前記材料に対する前記応力の負荷開始から破断までの自発磁化の変化を予めモニターして、前記材料の、前記応力負荷の繰り返し数と前記自発磁化との相関を導出し、前記材料の実際の使用において、前記材料の自発磁化を随時モニターし、その自発磁化の大きさを前記応力負荷の繰り返し数と前記自発磁化との前記相関と比較し、前記材料の寿命を評価することを特徴とする、請求項１に記載の材料の寿命評価方法。
【請求項３】
前記材料は原子炉材料であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の材料の寿命評価方法。
【請求項４】
前記材料の前記自発磁化は破断直前に急激に上昇することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一に記載の材料の寿命評価方法。
【請求項５】
所定の材料に対して応力を繰り返し負荷し、前記材料に対する前記応力の負荷開始から破断までの自発磁化の変化を予めモニターして、前記材料の、前記応力負荷の繰り返し数と前記自発磁化との相関を導出し、前記材料の実際の使用において、前記材料の自発磁化を随時モニターし、その自発磁化の大きさを前記応力負荷の繰り返し数と前記自発磁化との前記相関と比較し、前記材料の疲労破壊を未然に防止することを特徴とする、疲労破壊の防止方法。
【請求項６】
前記材料は原子炉材料であることを特徴とする、請求項５に記載の材料の寿命評価方法。
【請求項７】
前記材料の、前記応力負荷の繰り返し数と前記自発磁化との相関において、前記自発磁化は破断直前に急激に上昇することを特徴とする、請求項５又は６に記載の材料の寿命評価方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、原子炉材料などの安全面への特別な配慮が必要な材料などに好適に用いることのできる材料の寿命評価方法、及び前記材料の疲労破壊防止方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の非破壊検査法としては、磁粉探傷法及び電磁誘導探傷法などがあるが、これらの方法はいずれも疲労破壊により材料中に亀裂が発生して初めて異常を検出できるものがほとんどであり、疲労亀裂発生前の損傷過程を捉えることができなかった。このため、原子炉材料などの安全面への特別な配慮が必要な材料などに好適に用いることはできなかった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、疲労亀裂発生前に材料の損傷過程を捉えることのできる新規な材料の寿命評価方法を提供するとともに、材料の疲労破壊を未然に防止する方法を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成すべく、本発明は、
所定の材料に対して応力を繰り返し負荷し、前記材料中の、変形誘起磁気遷移を通じて生じた自発磁化の大きさから前記材料の寿命を評価することを特徴とする、材料の寿命評価方法に関する。
【０００５】
本発明者らは上記目的を達成すべく鋭意検討を実施した。その結果、本発明者らは、材料の変形に伴って生じる格子欠陥と、前記変形に伴って誘起される磁気遷移、すなわち変形誘起磁気遷移を通じて生じる自発磁化との間に相関があることを見出した。換言すれば、前記材料中に生じる格子欠陥の増大に伴って前記材料の自発磁化が増大し、前記材料の破断直前には前記自発磁化が急激に上昇することを見出した。
【０００６】
具体的には、前記材料に対する応力負荷の繰り返し数と前記材料の自発磁化との相関を、前記応力負荷の開始から前記材料の破断までの間で予め求めておく。定常的な使用においては、応力負荷の繰り返し数と使用時間とは略比例するので、現在使用中の前記材料の自発磁化を随時モニターし、前記自発磁化の大きさを前記相関と比較検討すれば、前記材料の現在の疲労度を定量的に見出すことができ、さらには破壊に至るまでの寿命を定量的に知ることができるようになる。
【０００７】
また、前記材料の使用において、前記材料の自発磁化が破断時の自発磁化より小さい状態で前記材料の使用を中断するようにすれば、前記材料の疲労破壊を未然に防止できるようになる。
【０００８】
したがって、本発明の疲労破壊の防止方法は、所定の材料に対して応力を繰り返し負荷し、前記材料に対する前記応力の負荷開始から破断までの自発磁化の変化を予めモニターして、前記材料の、前記応力負荷の繰り返し数と前記自発磁化との相関を導出し、前記材料の実際の使用において、前記材料の自発磁化を随時モニターし、その自発磁化の大きさを前記応力負荷の繰り返し数と前記自発磁化との前記相関と比較し、前記材料の疲労破壊を未然に防止することを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を発明の実施の形態に則して詳細に説明する。
本発明の方法に供する材料として、Ｆｅ−４０ａｔ％Ａｌ単結晶を採用し、この材料に基づいて本発明を具体的に説明する。
【００１０】
Ｆｅ−４０ａｔ％Ａｌ単結晶に対して、所定の温度範囲において、例えば３００ＭＰａの引張応力及び圧縮応力を繰り返し負荷した後、振動試料型磁力計を用いて温度７７Ｋで自発磁化を測定する。本来、Ｆｅ−４０ａｔ％Ａｌ単結晶は常磁性体であるため、自発磁化を持たないが、上述した応力の繰り返し負荷により、前記単結晶中には変形によって逆位相境界と呼ばれる欠陥が導入される。
【００１１】
前記欠陥の導入により、前記単結晶の原子配列が乱れ、Ｆｅ原子が磁化を有するようになって、強磁性体へ遷移するようになる。この結果、前記単結晶は自発磁化を有するようになるが、その自発磁化の大きさは欠陥密度に依存して２次関数的に増大するようになる。
【００１２】
図１は、室温大気中において、前記Ｆｅ−４０ａｔ％Ａｌ単結晶に３００ＭＰａの引張応力及び圧縮応力を繰り返し負荷した際の、繰り返し数と自発磁化の大きさとの関係を示すグラフである。図１から明らかなように、繰り返し数の増大、すなわち欠陥密度の増大とともに自発磁化の大きさが２次関数的に増大し、破断直前においては急激に増大することが分かる。
【００１３】
定常的な使用においては、応力負荷の繰り返し数と使用時間とは略比例するので、現在使用中の前記Ｆｅ−４０ａｔ％Ａｌ単結晶の自発磁化を随時モニターし、前記自発磁化の大きさを図１における相関グラフと比較検討すれば、前記単結晶の現在の疲労度を定量的に見出すことができ、さらには破壊に至るまでの寿命を定量的に知ることができるようになる。
【００１４】
例えば、使用中のＦｅ−４０ａｔ％Ａｌ単結晶の自発磁化を測定した際、図中のプロットＸで示すような自発磁化の値を得、この時までの使用時間がＴ時間であるとすると、破断時までの使用時間ＴＢを導出することができ、前記単結晶の寿命を知ることができるようになる。さらには、ＴＢ−Ｔより前記単結晶の使用可能な残時間を導出することもできる。
【００１５】
また、使用中の前記Ｆｅ−４０ａｔ％Ａｌ単結晶の自発磁化を測定した際、図中のプロットＹで示すような自発磁化の値を得た場合、前記自発磁化の大きさは破断直前の自発磁化が急激に増大する過程の大きさに相当するので、前記単結晶の使用を中止することにより、前記単結晶の疲労破壊を未然に防止することができるようになる。
【００１６】
以上、具体例を示しながら発明の実施の形態に則して本発明を説明してきたが、本発明は上記内容に限定されるものではなく、本発明の範疇を逸脱しない範囲において、あらゆる変形や変更が可能である。例えば、上記具体例においては、Ｆｅ−４０ａｔ％Ａｌ単結晶の場合について説明したが、本発明は前記単結晶に限らずあらゆる種類の材料に対して適用することができる。特に、安全面で特別な配慮が必要な原子炉材料などに好適に用いることができる。
【００１７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、疲労亀裂発生前に材料の損傷過程を捉えることのできる新規な材料の寿命評価方法を提供するとともに、材料の疲労破壊を未然に防止する方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】Ｆｅ−４０ａｔ％Ａｌ単結晶の、応力負荷の繰り返し数と自発磁化の大きさとの関係を示すグラフである。
【図１】
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