(57)【要約】【課題】粗大粒材においても、損傷度に関する評価を精度良く行うことができるようにした損傷度推定方法を提供する。【解決手段】方位パラメータの代表値と損傷度との関係を示すマスターカーブを作成する、結晶材料の損傷度推定用マスターカーブの作成方法であって、基準面積を設定する、基準面積設定ステップＳ２と、所定の結晶材料により形成されたカーブ作成用試験片に対して、損傷箇所を含むように且つ面積が前記基準面積となるようにカーブ作成用取得範囲を設定し、前記カーブ作成用取得範囲において、複数の異なる損傷度毎に方位パラメータの代表値を取得する、カーブ作成用取得ステップＳ３と、前記カーブ作成用取得範囲における前記方位パラメータの代表値と前記損傷度とから前記マスターカーブを作成する、マスターカーブ作成ステップＳ４とを備える。【選択図】図５
2017194293.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
方位パラメータと損傷度との関係を示すマスターカーブを作成する、結晶材料の損傷度推定用マスターカーブの作成方法であって、
基準面積を設定する、基準面積設定ステップと、
所定の結晶材料により形成されたカーブ作成用試験片に対して、損傷箇所を含むように且つ面積が前記基準面積となるようにカーブ作成用取得範囲を設定し、前記カーブ作成用取得範囲において、複数の異なる損傷度毎に方位パラメータの代表値を取得する、カーブ作成用取得ステップと、
前記カーブ作成用取得範囲における前記方位パラメータの代表値と前記損傷度とから前記マスターカーブを作成する、マスターカーブ作成ステップとを備えた
ことを特徴とする、損傷度推定用マスターカーブの作成方法。
【請求項２】
前記カーブ作成用取得範囲において複数の測定点で前記方位パラメータの測定が行われ、前記カーブ作成用取得範囲における前記結晶方位の代表値が、前記カーブ作成用取得範囲の前記複数の測定点における前記方位パラメータの平均値である
ことを特徴とする、請求項１に記載の損傷度推定用マスターカーブの作成方法。
【請求項３】
実機の測定対象箇所から測定用試験片を採取し、前記測定用試験片の方位パラメータを取得して、前記方位パラメータと損傷度との関係を示すマスターカーブにしたがって、前記測定対象箇所の損傷度を推定する、損傷度推定方法であって、
前記測定対象箇所を形成する結晶材料と同一の結晶材料により形成されたカーブ作成用試験片を使用すると共に、前記基準面積を、前記測定対象箇所から前記測定用試験片を採取可能な面積以下に設定して、請求項１又は２に記載の損傷度推定用マスターカーブの作成方法により前記マスターカーブを作成するステップと、
前記測定用試験片に関して、損傷箇所を含むように且つ面積が前記基準面積となるように測定用取得範囲を設定し、前記測定用取得範囲において方位パラメータの代表値を取得する、損傷度推定用取得ステップと、
前記マスターカーブにしたがって、前記測定用取得範囲において取得した前記方位パラメータの代表値から、前記測定用取得範囲の損傷度を推定する、損傷度推定ステップとを備えた
ことを特徴とする、結晶材料の損傷度推定方法。
【請求項４】
前記測定用取得範囲において複数の測定点で前記方位パラメータの測定が行われ、前記測定用取得範囲における前記結晶方位の代表値が、前記測定用取得範囲の前記複数の測定点における前記方位パラメータの平均値である
ことを特徴とする、請求項３に記載の結晶材料の損傷度推定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、方位パラメータと損傷度との関係を示すマスターカーブの作成方法、及び、そのマスターカーブを使用した結晶材料の損傷度推定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、金属材料などの結晶材料について、疲労損傷やクリープ損傷による損傷度に関する評価を行う方法（以下「損傷評価方法」とも呼ぶ）が種々提案されている。
例えば、実機から試験用に金属片（以下「試験片」と呼ぶ）を採取して強度試験を行うことにより損傷の関する評価を行う方法がある。強度試験を行うための試験片は相応の大きさが必要となるため、試験片を採取できる箇所も相応の厚みのある箇所に限られる。
しかし、損傷に関する評価が必要とされる箇所（以下「評価対象箇所」と呼ぶ）は、高温環境下において高温となる比較的肉厚が薄い箇所であることが多く、評価対象箇所から試験片を採取できないことも多い。
また、局所的な損傷の簡易的な評価手法として、硬さ試験により硬さを測定してこの硬さから損傷に関する評価を行う手法もあるが、評価精度は低い。
【０００３】
前記の強度試験に較べて必要な試験片の大きさが小さく且つ前記の硬さ試験に較べて評価精度の高い損傷評価方法として、結晶方位を使用した方法がある（例えば特許文献１）。
この方法は、金属材料に例示される結晶材料の結晶方位と損傷度とに相関関係があることを利用した方法である。具体的には、評価対象箇所と同一の結晶材料により形成された試験片に対して、引張試験などの予備試験により負荷を与え（損傷を加え）、結晶材料の方位パラメータ（結晶方位又は結晶方位を数値処理した値）と、結晶材料の損傷度との相関関係を示すマスターカーブを予め作成しておく。そして、実機の評価対象箇所から採取した試験片の方位パラメータを測定し、マスターカーブにしたがって、この測定した方位パラメータから評価対象箇所の損傷度を推定する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−０６４６２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
方位パラメータを使用した損傷評価方法では、前記したように予備試験として例えば引張試験を行ってマスターカーブを予め作成する。この引張試験では、マスターカーブ作成用の試験片に対し、全体的に偏りなく引張負荷が繰り返し加えられ、負荷が加えられる毎に、試験片の所定の範囲（取得範囲）について方位パラメータが取得される。そして、この取得範囲の方位パラメータの代表値（例えば平均値）から、損傷度と方位パラメータとの相関関係を表すマスターカーブが作成される。
【０００６】
この損傷評価方法では、マスターカーブ作成用の試験片に対し全体的に偏りなく負荷を加えた場合には、試験片の損傷が全体的に一様に進むことを前提としている。試験片の損傷が一様であれば、試験片のどの箇所においても方位パラメータは一様となる。したがって、マスターカーブ作成用の試験片から方位パラメータを取得する際、試験片のどの位置やどのような範囲（取得範囲）から方位パラメータを取得するかに拘わらず、一定の方位パラメータの代表値が得られ、一義的にマスターカーブを作成することができる。
つまり、結晶材料の損傷の度合い（損傷度）が一様であるので、マスターカーブを作成する際、方位パラメータを取得する範囲の大きさや位置について特に意識する必要がない。
【０００７】
しかしながら、鋳造材のように結晶粒が大きな粗大結晶材では、引張試験により負荷が全体的に偏りなく加えられた場合でも、損傷度の高い箇所が局所的に発生することが判明した。このため、マスターカーブを作成するために、マスターカーブ作成用の試験片から方位パラメータを取得する際、その取得範囲の大きさや位置によって、異なるマスターカーブが作成されてしまうおそれがある。
つまり、取得範囲内において、損傷度の少ない健全箇所と、損傷度の高い損傷箇所とが混在し、これらの健全箇所と損傷箇所との方位パラメータの代表値（例えば平均値）が、その取得範囲の方位パラメータとして取得されることになる。このため、取得範囲の大きさや位置が変わると、方位パラメータが異なる値で測定されてしまう。このような方位パラメータの測定結果に基づいて作成されるマスターカーブも、取得範囲の大きさや位置によって異なるものが作成されてしまう。
また、実機から採取した試験片に関しても、疲労損傷やクリープ損傷のように負荷が偏りなく掛かったとしても、粗大結晶材では、取得範囲内において損傷度及び方位パラメータは一様ではない。このため、取得範囲の面積や位置が変わると、方位パラメータが異なる値で取得されることとなって、マスターカーブにしたがって、方位パラメータから試験片の損傷度を精度良く評価することができない。
【０００８】
本発明は、上記のような課題に鑑み創案されたもので、粗大粒材においても、損傷度に関する評価を精度良く行うことができるようにした、結晶材料の損傷度推定用マスターカーブの作成方法及び結晶材料の損傷度推定方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
（１）上記の目的を達成するために、本発明の損傷度推定用マスターカーブの作成方法は、方位パラメータと損傷度との関係を示すマスターカーブを作成する、結晶材料の損傷度推定用マスターカーブの作成方法であって、基準面積を設定する、基準面積設定ステップと、所定の結晶材料により形成されたカーブ作成用試験片に対して、損傷箇所を含むように且つ面積が前記基準面積となるようにカーブ作成用取得範囲を設定し、前記カーブ作成用取得範囲において、複数の異なる損傷度毎に方位パラメータの代表値を取得する、カーブ作成用取得ステップと、前記カーブ作成用取得範囲における前記方位パラメータの代表値と前記損傷度とから前記マスターカーブを作成する、マスターカーブ作成ステップとを備えたことを特徴としている。
【００１０】
（２）前記カーブ作成用取得範囲において複数の測定点で前記方位パラメータの測定が行われ、前記カーブ作成用取得範囲における前記結晶方位の代表値が、前記カーブ作成用取得範囲の前記複数の測定点における前記方位パラメータの平均値であることが好ましい。
【００１１】
（３）上記の目的を達成するために、本発明の結晶材料の損傷度推定方法は、実機の測定対象箇所から測定用試験片を採取し、前記測定用試験片の方位パラメータを取得して、前記方位パラメータと損傷度との関係を示すマスターカーブにしたがって、前記測定対象箇所の損傷度を推定する、損傷度推定方法であって、前記測定対象箇所を形成する結晶材料と同一の結晶材料により形成されたカーブ作成用試験片を使用すると共に、前記基準面積を、前記測定対象箇所から前記測定用試験片を採取可能な面積以下に設定して、（１）又は（２）に記載の損傷度推定用マスターカーブの作成方法により前記マスターカーブを作成するステップと、前記測定用試験片に関して、損傷箇所を含むように且つ面積が前記基準面積となるように測定用取得範囲を設定し、前記測定用取得範囲において方位パラメータの代表値を取得する、損傷度推定用取得ステップと、前記マスターカーブにしたがって、前記測定用取得範囲において取得した前記方位パラメータの代表値から、前記測定用取得範囲の損傷度を推定する、損傷度推定ステップとを備えたことを特徴としている。
【００１２】
（４）前記測定用取得範囲において複数の測定点で前記方位パラメータの測定が行われ、前記測定用取得範囲における前記結晶方位の代表値が、前記測定用取得範囲の前記複数の測定点における前記方位パラメータの平均値であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
粗大粒材では局所的に損傷が生じ（局所的に損傷度の高い箇所が生じることを含む）、局所的に損傷が生じた場合には、試験片において方位パラメータを取得する取得範囲の位置設定によっては損傷の一部（又は局所的に損傷度の高い箇所の一部）が取得範囲から外れてしまい、取得範囲の面積の設定によって方位パラメータの代表値の値が変化してしまうおそれがある。
本発明によれば、カーブ作成用試験片のカーブ作成用取得範囲を、損傷箇所を含むように且つ基準面積となるように設定するので、損傷の一部（又は局所的に損傷度の高い箇所の一部）がカーブ作成用取得範囲から外れてしまうことや、方位パラメータの代表値の算出ベースに相違が生じてしまうことを抑制できる。
例えば、複数の異なる粗大粒材の各々について、同一の基準面積で損傷箇所が含まれるようにカーブ作成用取得範囲を設定して、このカーブ作成用取得範囲において、異なる損傷度について方位パラメータの代表値を取得してマスターカーブを作成する。そして、これらのマスターカーブ、すなわち方位パラメータと損傷度との特性を比較することにより、前記複数の異なる粗大粒材の中から目的に応じたものを選択することができる。同一の基準面積で損傷箇所が含まれるように取得範囲を設定するので、同一の基準でマスターカーブを作成でき、かかる比較を適正に行うことができる。
さらに、カーブ作成用試験片のカーブ作成用取得範囲及び損傷評価用試験片の測定用取得範囲を、それぞれ損傷箇所を含むように設定すると共にそれぞれの面積を共に基準面積で設定した場合には、損傷の一部（又は局所的に損傷度の高い箇所の一部）が、カーブ作成用取得範囲や測定用取得範囲から外れてしまうことや、取得範囲の面積の相違により方位パラメータの代表値の値に違いが生じることを抑制することができる。
したがって、局所的に損傷が生じる粗大粒材においても、損傷度に関する評価を精度良く行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態に係る方位パラメータ測定装置の構成を示す模式図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るマスターカーブの作成方法を説明するための模式図であって、（ａ）カーブ作成用試験片の正面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ部拡大図である。
【図３】本発明の一実施形態に係るマスターカーブを示す模式図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る損傷度評価方法を説明するための模式図であって、測定用試験片の正面図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る損傷度評価方法を含む損傷度評価手順を説明するための模式的なフローチャートである。
【図６】従来のマスターカーブの作成方法を説明するための図であり、カーブ作成用試験片の要部正面図であって図２（ａ）のＡ部拡大図に相当する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。なお、以下に示す実施形態はあくまでも例示に過ぎず、以下の実施形態で明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。以下の実施形態の構成は、それらの趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
本発明は、種々の理由により生じた損傷の度合い（損傷度）の推定に使用でき、例えば、一定の範囲及び一定の期間に亘って定常的且つ偏りなく負荷が掛かったことによる損傷（例えばクリープ損傷や疲労損傷）や、局所的に負荷が掛ったことによる損傷（例えば曲げ応力の発生による損傷）や、突発的に負荷が掛ったことによる損傷（例えば衝突による損傷）における損傷度の推定に適用できる。
以下の実施形態では、本発明を、ガスタービン（実機）の翼（測定対象箇所、以下「タービン翼」ともいう）を形成する金属鋳造材の損傷度の測定に適用した例を説明する。
【００１６】
［１．方位パラメータ測定装置］
本発明の一実施形態に係る方位パラメータ測定装置（以下「測定装置」ともいう）１の構成について図１を参照して説明する。
図１は本発明の一実施形態に係る方位パラメータ測定装置の構成を示す模式図である。
本発明の一実施形態に係る測定装置１は、図１に示すように、電子線照射器２ａ及び二次電子検出器２ｂを有する走査型電子顕微鏡２と、演算器３とを備える。
電子線照射器２ａから照射される電子線は、測定対象４に照射される。その照射により測定対象４で生成され飛び出す二次電子は、二次電子検出器２ｂの検出面に入射する。測定対象４で回折され反射される反射回折電子波の干渉パターンは、二次電子検出器２ｂで検出される。二次電子検出器２ｂから出力される干渉パターン５は、結晶方位計算器３に入力される。結晶方位計算器３は、干渉パターン５から、方位パラメータを計算して求める。
【００１７】
ここで、方位パラメータとは、結晶方位、又は、結晶方位を数値処理した値の何れかである。結晶方位を数値処理した値としては、電子線の照射点の方位と基準方位との差をその照射点における方位差とするＧＲＯＤ（Grain Reference Orientation Deviation）や、照射点の方位と、その照射点に隣接して六角形状または四角形状に配される複数の他の照射点の方位との差を平均し、その平均値をその照射点の方位差とするＫＡＭ（Kernel Average Misorientation）が例示される。
【００１８】
この測定装置１により、後述のカーブ作成用試験片（以下「試験片」ともいう）４Ａ及び測定用試験片（以下「試験片」ともいう）４Ｂについて方位パラメータが測定される。
なお、試験片４Ａ，４Ｂの測定に使用される方位パラメータ測定装置は、図１に示すものに限定されず、種々の公知の装置を使用することができる。
【００１９】
［２．損傷度推定方法］
［２-１．マスターカーブ作成方法］
本発明の一実施形態に係るマスターカーブの作成方法について図２及び図３を参照して説明する。
図２は、本発明の一実施形態に係るマスターカーブの作成方法を説明するための模式図であって、（ａ）カーブ作成用試験片４Ａの正面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ部拡大図である。
図３は、本発明の一実施形態に係るマスターカーブを示す模式図である。
【００２０】
カーブ作成用試験片４Ａは、損傷度の測定対象であるタービン翼と同一の材料が使用される。同一の材料とは、同じ材料且つ同じ製造方法により得られた材料を意味し、本実施形態では、カーブ作成用試験片４Ａは、タービン翼と同じ金属材料且つ同じ製造方法（鋳造）により得られた金属鋳造材により形成されている。
カーブ作成用試験片４Ａは、図２（ａ）に示すように、長手方向中央を成す測定部４ａと、長手方向端部を成し測定部４ａよりも幅（長手方向と垂直な方向）の広い端部４ｂ,４ｂとを備えて構成される。
【００２１】
測定部４ａには、図２（ｂ）に二点鎖線で区分けして示すように複数のピクセル（測定点）Ｐが設定されており、測定装置１により、これらのピクセルＰ毎にそれぞれ方位パラメータが測定される。また、各端部４ｂを引張装置（図示略）によりそれぞれ挟持して反対方向へ引っ張ることにより測定部４ａに引張負荷が偏りなく一様に付与される。そして、引張負荷が付与される毎に、換言すれば損傷度を変える毎に、測定装置１を使用して、ピクセルＰ毎に方位パラメータを測定し、記録しておく。本実施形態では、測定部４ａが破断するまで引張負荷の付与及び方位パラメータの測定が繰り返し行われる。
【００２２】
なお、損傷度とは、例えば寿命比R_lf又はひずみ比R_strである。寿命比R_lfは、破断に至るまでに引張負荷を加えたトータルの時間（以下「破断時間」という）t_brに対する引張負荷を加えた時間ｔの比である（R_lf=t/t_br）。ひずみ比R_strは、破断に至ったときのひずみ（以下「破断ひずみ」という）Str_brに対する引張負荷を加えた時のひずみStrの比である（R_str=Str/Str_br）。本実施形態では、試験片４Ａが破断するまで引張試験を行っているので、破断時間t_br及び破断ひずみStr_brには実測値を使用することができる。
試験片４Ａが破断する前に引張試験を完了する場合には、試験片４Ａの材質や製造方法などから破断時間t_br及び破断ひずみStr_brを概略推測できるので、推測した破断時間t_br及び破断ひずみStr_brを使用して、寿命比R_lf又はひずみ比R_strを求めればよい。
【００２３】
鋳造材のように結晶粒の大きな材料（粗大粒材）では局所的に損傷（又は他に箇所に較べて損傷度の高い箇所）が生じ、図２（ｂ）に示す例では、測定部４ａに局所的な損傷として破断Ｘ１が生じている。そして、この破断Ｘ１した箇所（損傷箇所）を含むように取得範囲（カーブ作成用取得範囲）１０が設定される。取得範囲１０は、試験片４Ａにおいてマスターカーブ作成用の方位パラメータの代表値を取得する範囲であり、その大きさは、面積が基準面積Ｓ０（ここでは、ピクセルＰで、８行×７列＝５６個分）となるように規定される。
なお、本発明でいう損傷箇所とは、他に箇所に較べて損傷度の高い箇所を含む。
【００２４】
ここで、基準面積Ｓ０は、タービン翼から試験片として切り取り可能な面積（以下「切取可能面積」という）Ｓｍａｘ以下であることを条件に任意に設定される（Ｓ０≦Ｓｍａｘ）。この基準面積Ｓ０は、試験片が切り取られるタービン翼（測定対象箇所）に関する種々の事情によって適宜設定される。例えば、タービン翼が、新しいものに交換されるなど今後使用されない場合には、基準面積Ｓ０を、タービン翼が今後使用される場合に較べて大きく設定することができる。（以上、基準面積設定ステップ）。
取得範囲１０は、その面積が基準面積Ｓ０であれば、どのような形状でもよく、破断Ｘ１を含むように適宜の形状とすることが可能であり、例えば、破断Ｘ１の形状によっては、ピクセルＰで４行×１４列＝５６個分とすることもできる。
【００２５】
基準面積Ｓ０を切取可能面積Ｓｍａｘ以下としているのは、以下の理由による。
後述するように、カーブ作成用試験片４Ａの取得範囲１０の面積に加え、測定用試験片４Ｂの取得範囲２０の面積も、基準面積Ｓ０となるように設定される。基準面積Ｓ０を切取可能面積Ｓｍａｘよりも大きくすると、基準面積Ｓ０が、タービン翼から切り取られる測定用試験片４Ｂよりも大きくなって、取得範囲２０の面積を基準面積Ｓ０に設定できなくなるため、基準面積Ｓ０を切取可能面積Ｓｍａｘ以下としている。
【００２６】
カーブ作成用試験片４Ａ説明に戻ると、測定終了後、記録しておいた測定値を使用して、損傷度Ｄ毎（引張試験により負荷を与えた毎）に、取得範囲１０内におけるピクセルＰの測定値（方位パラメータ）を平均して、この平均値を、取得範囲１０の各損傷度における方位パラメータの代表値Ｃｒ（１）〜Ｃｒ（５）とする（カーブ作成用取得ステップ）。
次いで、これらの代表値Ｃｒ（１）〜Ｃｒ（５）を補間して、図３に示すように、損傷度Ｄと方位パラメータＣｒとの関係を表すマスターカーブＬを作成する（マスターカーブ作成ステップ）。
【００２７】
なお、局所的な損傷が複数個所で発生した場合には、損傷度の最も高い場所を含むように、取得範囲１０が設定される。例えば、部分的な亀裂が発生した箇所と、完全に破断した箇所とでは、完全に破断した箇所を含むように、取得範囲１０が設定される。これは、損傷度の最も高い場所を含むように取得範囲１０を設定した方が、適用範囲の広い（より高い損傷度まで推定できる）マスターカーブＬを得ることができるためである。
【００２８】
［２-２．損傷度推定方法］
本発明の一実施形態に係る損傷度推定方法について前記の図３に加え図４を参照して説明する。
図４は、本発明の一実施形態に係る損傷度推定方法を説明するための模式図であって、測定用試験片４Ｂの正面図である。
測定用試験片４Ｂは、実機の測定対象箇所（本実施形態では金属鋳造材により形成されたタービン翼）から切り取った片状体である。測定用試験片４Ｂには、図４に二点鎖線で区分して示すように複数のピクセルＰが設定されており、測定装置１（図１参照）により、これらのピクセルＰ毎にそれぞれ方位パラメータが測定される（損傷度推定用取得ステップ）。
図４に示す例では、斜線の引いてある箇所（損傷箇所）Ｘ２において、高い損傷度を示す方位パラメータが測定されており、この箇所Ｘ２を含むように取得範囲（測定用取得範囲）２０が設定される。亀裂が生じるなど損傷箇所が目視でわかるような場合には、この亀裂を含むように取得範囲２０を設定し、この取得範囲２０内についてだけピクセルＰ毎に方位パラメータを測定するようにしてもよい。
この取得範囲２０は、カーブ作成用試験片４Ａに設定された取得範囲１０と同様に、その面積が基準面積Ｓ０（ピクセルＰで、８行×７列＝５６個分）となるように設定されている。
そして、この取得範囲２０の全てのピクセルＰにおける方位パラメータの平均値を求め、この平均値が、取得範囲２０における方位パラメータの代表値Ｃｒ*として取得される。
【００２９】
なお、測定用試験片４Ｂの取得範囲２０は、面積ＳＢが基準面積Ｓ０であれば、どのような形状でもよく、カーブ作成用試験片４Ａの取得範囲１０と同一の形状でなくてもよい。したがって、取得範囲２０は、破断Ｘ２を含むように適宜の形状とすることが可能であり、例えば、破断Ｘ２の形状によっては、ピクセルＰで１４行×４列＝５６個分とすることもできる。
【００３０】
次いで、記の方位パラメータの代表値Ｃｒ*から、図３に矢印で示すように、マスターカーブＬを使用して、傷度評価用試験片４Ｂの損傷度Ｄ*（すなわちタービン翼の損傷度Ｄ*）が推定される（損傷度推定ステップ）。
【００３１】
［３．損傷度評価手順］
図５を参照して、本発明の一実施形態に係る損傷度推定方法を含む損傷度評価手順を説明する。
図５は、本発明の一実施形態に係る損傷度推定方法を含む損傷度評価手順を説明するための模式的なフローチャートである。
【００３２】
この損傷度評価手順は、図５に示すように、先ずステップＳ１で、損傷度が評価されるタービン翼の材料（対象材料）の結晶粒が、所定の粒度よりも高い粗大粒か否かが判定される。結晶粒の大きさは、材料の素材や製造方法によって判別することが可能であり、例えば金属鋳造材の場合は粗大粒と判定できる。本実施形態の場合、タービン翼の材料は金属鋳造材であるから、粗大粒材と判定される。
結晶粒が粗大粒か否かの判定は、公知の手法により対象材料の結晶粒を測定し、結晶粒の大きさが所定の粒度よりも大きい場合に、結晶粒は粗大粒であると判定するようにしてもよい。
【００３３】
本実施形態では、タービン翼の材料は金属鋳造材であるから、ステップＳ１からステップＳ２に進み、Ｓ２〜Ｓ６において前記した本発明の一実施形態の損傷度推定方法により損傷度が推定される。
具体的には、ステップＳ２において、タービン翼（評価を行うことが想定される実機評価箇所）から切り取り可能な面積（すなわち測定可能な面積）以下に基準面積Ｓ０を設定する（基準面積設定ステップ）。そして、ステップＳ３において、カーブ作成用試験片４Ａに引張負荷を加える毎にカーブ作成用試験片４Ａの方位パラメータを測定し、損傷箇所を含み且つ面積が基準面積Ｓ０となる取得範囲１０において、異なる損傷度毎に（損傷度を変えながら）、方位パラメータの平均値を代表値として取得する（カーブ作成用取得ステップ）。ステップＳ４において、方位パラメータの代表値を使用してマスターカーブＬを作成する（マスターカーブ作成ステップ）。次に、ステップＳ５で、実機のタービン翼（実際に損傷が調査される損傷調査箇所）から切り取られた測定用試験片４Ｂに関して、損傷箇所を含み且つ面積が基準面積Ｓ０となる取得範囲２０において、方位パラメータの平均値を代表値として測定・取得する（損傷度推定用取得ステップ）。そして、ステップＳ６において、ステップＳ４で作成したマスターカーブにしたがって、ステップＳ５で取得した方位パラメータの代表値に応じて損傷度を推定し、本実施形態の損傷度推定方法による損傷度の推定が完了する（損傷度推定ステップ）。
最後に、この損傷度に関してステップＳ７において評価を行う。損傷度に関する評価とは、例えば、余寿命の予想や、損傷度が予想以上であった場合にはその原因の推測などである。
【００３４】
ステップＳ１で対象材料の結晶粒が粗大粒ではない（結晶粒が所定の粒度以下の細粒材である）と判定された場合について参考に説明する。ステップＳ１で対象材料の結晶粒が粗大粒ではないと判定されるとＳ１０に進み、Ｓ１０，Ｓ１１，Ｓ１２，Ｓ６において、従来の損傷度推定方法により損傷度が推定される。
ここで、従来の損傷度推定方法について図６を参照して説明する。
図６は、従来のマスターカーブの作成方法を説明するための図であり、カーブ作成用試験片の要部正面図であって図２（ｂ）のＡ部拡大図に相当する図である。
このカーブ作成用試験片は、図２（ａ）に示す本実施形態に係るカーブ作成用試験片４Ａと同様に構成されており、図６にはその要部であり引張負荷（損傷）が加えられる中央の測定部１０４ａのみ示す。
【００３５】
この測定部１０４ａを含むカーブ作成用試験片は、測定対象箇所と同一材料により形成されたものであり、細粒材により形成されたものである。細粒材では、全体的に偏りなく引張負荷が掛る場合には、全体的に偏りなく損傷が進む。例えば、図６に示す取得範囲１２０Ａと取得範囲１２０Ｂとでは位置も面積も異なるが、引張試験により偏りなく負荷を掛けた場合には、測定部１０４ａでは全体的に偏りなく損傷が進むので、取得範囲１２０Ａでも取得範囲１２０Ｂでも同様の損傷度となる。すなわち、細粒材では、取得範囲の大きさ位置によらず、その取得範囲における方位パラメータの代表値は一定となり、取得範囲の大きさ（面積）や位置に対して特に意識することなく、任意の大きさ（面積）や位置で方位パラメータの代表値を取得すればよい。
【００３６】
図５のフローチャートに戻って説明すると、ステップＳ１０に進み、任意の面積及び任意の位置の取得範囲（以下、図６に示す取得範囲１２０Ａとする）において、その取得範囲１２０Ａ内にある全てのピクセルＰについて方位パラメータを測定し、測定した方位パラメータの平均値をその取得範囲の方位パラメータの代表値とし、引張負荷が付与される毎（損傷度が変わる毎）に取得範囲１２０Ａの方位パラメータの代表値を求める。次いで、ステップＳ１１に進み、方位パラメータと損傷度との関係を示すマスターカーブを作成する。
【００３７】
次に、ステップＳ１２で、実機の損傷調査箇所から切り取られた測定用試験片に関して、方位パラメータの測定を行う。損傷調査箇所を形成する材料は細粒材であるので、負荷が掛った範囲では損傷が一様に進む。したがって、負荷が掛った範囲（換言すれば損傷が見られる範囲）においては、カーブ作成用試験片と同様に位置や大きさに注意を払うことなく任意の取得範囲において、方位パラメータの代表値を取得する。そして、ステップＳ６に進み、ステップＳ１０で作成したマスターカーブにしたがって、方位パラメータの代表値に応じて損傷度を推定し、従来の損傷度推定方法による損傷度の推定が完了する。
最後に、ステップＳ７に進み、この損傷度に関して評価を行う。
【００３８】
［４．効果］
本発明の一実施形態では、実機から切り取って採取可能な面積を上限に基準面積Ｓ０が設定され、この基準面積Ｓ０が、カーブ作成用試験片４Ａの取得範囲１０及び実機から切り取られる損傷評価用試験片４Ｂの取得範囲２０の面積として規定される。
そして、カーブ作成用試験片４Ａに対し引張試験等により損傷が加えられ、局所的な損傷の生じた箇所を含むように取得範囲１０が設定される。この取得範囲１０において、異なる損傷度毎に方位パラメータの平均値が代表値として取得され、方位パラメータの代表値と損傷度との関係を示すマスターカーブＬが作成される。
そして、損傷度評価用試験片４Ａに対し、局所的な損傷の生じた箇所を含むように取得範囲２０が設定され、この取得範囲２０において方位パラメータの代表値が取得される。そして、この方位パラメータの代表値から、マスターカーブＬにしたがって、損傷度評価用試験片４Ａの損傷度を推定することができる。
【００３９】
ここで、金属鋳造材に例示される粗大粒材では局所的に損傷が生じるので、取得範囲の面積や位置の設定によっては取得範囲から損傷箇所の一部が外れてしまい、取得範囲から損傷箇所が外れた分だけ、取得範囲の方位パラメータの代表値が、正規の値からずれるおそれがある。また、「発明が解決しようとする課題」の欄でも説明したように、取得範囲の面積の設定によって方位パラメータの代表値に相違が生じるおそれがある。
本発明の一実施形態では、カーブ作成用試験片４Ａ及び損傷評価用試験片４Ｂの各取得範囲１０，２０を局所的な損傷の生じた箇所を含むように設定すると共に、カーブ作成用試験片４Ａの取得範囲１０と損傷評価用試験片４Ｂの取得範囲２０との面積を共に基準面積Ｓ０で設定する。
このため、本発明の一実施形態によれば、損傷箇所の一部が取得範囲から外れてしまうことや、カーブ作成用試験片４Ａの取得範囲１０と損傷評価用試験片４Ｂの取得範囲２０との面積が相違して方位パラメータの代表値の算出するベースに相違が生じてしまうことを抑制できる。
したがって、局所的に損傷が生じる粗大粒材においても、損傷度に関する評価を精度良く行うことができる。
【００４０】
［５．その他］
（１）上記実施形態では、本発明を、金属鋳造材の損傷度の推定に適用したが、本発明は金属鋳造材の損傷度の推定に限定されるものではなく、鋳造材以外の金属材料はもちろん、結晶方位により損傷度を推定できるもの、すなわち、単結晶材料、多結晶材料を問わず結晶材料であれば適用しうるものである。
また、本発明は、粗大粒材の損傷度の推定に特に好適であるが、細粒材の損傷度の推定にも適用できる。
【００４１】
（２）上記実施形態では、取得範囲１０，２０における方位パラメータの代表値を、取得範囲１０，２０内のピクセルＰの方位パラメータの平均値としたが、方位パラメータの代表値は、取得範囲１０，２０における方位パラメータの全体的な傾向を示すものであればよく、平均値に限定されない。
例えば、各取得範囲１０，２０について、横軸を方位パラメータとし縦軸をピクセル数（測定数）とするヒストグラムをそれぞれ作成し、最もピクセル数（すなわち測定数）の多かった方位パラメータの区間の中間値を、各取得範囲１０，２０における代表値としてもよい。
【００４２】
（３）上記実施形態では、マスターカーブＬを使用して、測定用試験片４Ｂの損傷度を推定したが、マスターカーブＬの使用方法は損傷度の推定に限定されない。例えば、複数の異なる材質の粗大粒材の各々について、基準面積設定ステップ，カーブ作成用取得ステップ及びマスターカーブ作成ステップによりそれぞれマスターカーブを作成する。つまり、複数の異なる材質の粗大粒材の各々について、同一の基準面積で且つ損傷箇所が含まれるように取得範囲を設定して、この取得範囲において、異なる損傷度について方位パラメータの代表値を取得してマスターカーブを作成する。そして、これらのマスターカーブ、すなわち方位パラメータと損傷度との特性を比較することにより、前記複数の粗大粒材の中から目的に応じた粗大粒材を選択することができる。同一の基準面積で損傷箇所が含まれるように取得範囲を設定するので、同一の基準でマスターカーブを作成でき、かかる比較を精度良く行うことができる。
この場合、測定用試験片４Ｂを採取して方位パラメータを測定する必要がないので、基準面積Ｓ０を、実機から測定用試験片４Ｂを採取可能な面積以下に設定する必要はない。
【符号の説明】
【００４３】
１  方位パラメータ測定装置
２  走査型電子顕微鏡
２ａ  電子線照射器
２ｂ  二次電子検出器
３  演算器
４  測定対象
４Ａ  カーブ作成用試験片
４ａ  カーブ作成用試験片４Ａの測定部
４Ｂ  測定用試験片
５  干渉パターン
１０  取得範囲（カーブ作成用取得範囲）
２０  取得範囲（測定用取得範囲）
１０４Ａ  カーブ作成用試験片の測定部
１２０Ａ，１２０Ｂ  取得範囲
Ｃｒ  方位パラメータ
Ｃｒ（１）〜Ｃｒ（４）  カーブ作成用試験片４Ａにおける方位パラメータＣｒの測定値
Ｃｒ＊  傷度評価用試験片４Ｂにおける方位パラメータＣｒの代表値
Ｄ  損傷度
Ｄ＊  傷度評価用試験片４Ｂの損傷度
Ｐ  ピクセル（測定点）
Ｓ０  基準面積
Ｘ１  破断（損傷箇所）
Ｘ２  損傷度の高い箇所（損傷箇所）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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