実験報告書様式（一般利用課題・成果公開利用）

MLF Experimental Report

提出日 2011/04/15

課題番号 Project No.

装置責任者 Name of responsible person

2010B0084

相澤 一也

実験課題名 Title of experiment

装置名 Name of Instrument/（BL No.）

自動車アルミ鋳造部品の内部残留応力計測

工学材料回折装置（BL-19）

実験責任者名 Name of principal investigator

実施日 Date of Experiment

久保田 悠美2011/1/25 10:00 ～ 2011/1/27 10:00

所属 Affiliation
日産自動車株式会社 計測技術部
試料、実験方法、利用の結果得られた主なデータ、考察、結論等を、記述して下さい。（適宜、図表添付のこと）
Please report your samples, experimental method and results, discussion and conclusions. Please add figures andtables for better explanation.
1. 試料 Name of sample(s) and chemical formula, or compositions including physical form.
引張試験片
・材質： アルミニウム合金鋳造品（AC2A-T7）
・寸法： 図 1 の通り

75・ひずみゲージ： 中性子線の照射される試験片中央部は避6

引張ひずみ
引張ひずみ

け、試験片長手方向（引張軸）およびそれに垂直な方向（圧厚さ4 or 6mm縮）が測定できるように各 2 枚ずつ、計 4 枚を貼り付けた。

圧縮ひずみ
圧縮ひずみ

ひずみゲージ（4枚）※対となる 1 組の平行面（2 面）で引張方向を測定し、それに垂直なもう 1 組の平行面で圧縮方向を測定。

図 1： 引張試験片（赤青矢印はひずみ測定方向）

2. 実験方法及び結果 （実験がうまくいかなかった場合、その理由を記述してください。）
Experimental method and results. If you failed to conduct experiment as planned, please describe reasons.
【実験方法】
BL-19 設置の引張試験機で試験片に引張荷重を段階的に印加し、試験片中央部にパルス中性子線を照射して引張方向（South）およびそれに垂直な圧縮方向（North）の回折プロファイルを取得した。試験片に 50N の引張荷重を印加した状態をひずみ算出の基準とし、さらに荷重を増加させていった際のひずみゲージの測定値を、回折プロフ
ァイルから求めたひずみの値と比較して測定精度検証を行った。
・入射側スリット： 表 1 記載の 3 種類を使用
・測定位置： 試験片長手方向の中央（Z=0）,±2mm,±4mm, +4.9mm＜表 1：入射スリットサイズ＞
スリット（mm）

結晶粒数

横 8×縦 6

2000 個以上

横 2.5×縦 6

約 1000 個

横 2×縦 2.5

約 100 個・検出範囲： 水平±15°,鉛直±20°（North & South 検出器全範囲）
・検出器側はスリット、ラジアルコリメータ等の使用なし。
・スリットサイズ横 2mm×縦 2.5mm は、実機部品測定を想定。

1

図 2：測定レイアウト

2. 実験方法及び結果（つづき） Experimental method and results (continued)【実験結果】（1）回折プロファイル
本実験で得られた回折プロファイルの一例を図 3 に示す。ピークが複数見られ、強度の大きいものについてはそのピーク位置（TOF）より Al 結晶粒からの回折であることが分かった。ひずみε算出の際には Z-Rietveld によるプロファイル解析、または主要な 4つの回折ピーク（111, 200, 220, 311）について Gauss フィットを行い、格子定数 a を求めた上で算出式ε= (a-a0)/a0 を用いた。尚、Gauss フィットの場合は 4 回折面それぞれから求められた a の値をフィットエラーの大きさで重み付け平均した値を採用した。
（2）十分な結晶粒数が確保できているとき（2000 個以上）
中性子線照射領域内の Al 結晶粒数が 2000 個を超える場合の引張試験結果を図 4 に示す。回折プロファイルから求めたひずみの傾向はひずみゲージとよく一致しており、両者のずれは最大で 220μεであった。十分な結晶粒数が確保できているため各回折面のピーク強度も十分であり、Gauss フィットと Rietveld 解析の結果に大きな違いは現れなかった。
図3

図41200111

Strain (με)

Intensity

311600■◆ Rietveld■◆ Gauss

1500

1000800

strain gauge

2000

200220400

図 3：回折プロファイルの一例
図 4：結晶粒数 2000 個程度のときの引1000

位置： Z=0500

張試験結果（Z=0 の位置）

試験片厚さ： 4mm

0-500

200-1000

0020000

0400001000
20003000
Relative Load (N)TOF（μsec）

4000（３)結晶粒数が 1000 個以下のとき◆ -4mm■ -2mm▲ 0mm● +2mm
◆ +4mm

みは荷重の増加に対してほぼ直線性をStrain (με)

示す。回折プロファイルから求めたひず

2400
2000

strain gauge

1200

2000
16001200

見せるが、その傾きは測定位置によって800800変化し、ひずみゲージと は異 なってい400

400000れる。この場合、その領域内での（局所的ひずみも含めた）平均ひずみと“巨視3000

400005000

1000

2000
3000
Relative Load (N)

4000

0-400

Strain (με)

異なるひずみが検出されていると考えら

20000Strain （με）

によりその領域内の、巨視的平均値とは1000

Relative Load (N)的”ひずみ平均値からずれている微小領域が点在し、中性子線照射範囲の減少◆ 0mm■ +4.9mm

2400

1600

る。このことから、試験片内部には“巨視試験片厚さ： 6mm

2800

Strain (με)

2800個程度の場合の引張試験結果を図 5 に3200

試験片厚さ： 4mm3200

結晶粒数が 1000 個程度、および 100◆ -4mm■ -2mm▲ 0mm● +2mm◆ +4mm-800-1200-1600
01000-400-800◆ 0mm■ +4.9mm-1200-1600

2000
3000
Relative Load (N)

4000

5000

01000

2000
3000
Relative Load (N)4000

図 5：引張試験結果（左：結晶粒約 1000 個、右：約 100 個）

的平均ひずみ”との大小関係により、ひずみゲージに対して直線の傾きが大きくなるか、小さくなるかが決まるため、測定位置によって傾きがそれぞれ異なる結果となり得る。従って、表面のひずみゲージとは測定値が大きく異なるが、中性子線が照射されている“微小領域内における平均ひずみ”を正しく測定できている可能性がある。
【結論】
・回折に寄与する結晶粒数が 2000 個以上の場合、ひずみは十分に平均化され、表面のひずみゲージと同様の値を検出することができると分かった。ひずみゲージ測定値からのずれは、最大で 220μεであった。
・結晶粒数が 1000 個以下になると、巨視的ひずみからずれた微小領域のひずみが検出され、測定値はひずみゲージとは異なる。ただし、照射領域内における平均ひずみの値を正しく測定できていると考えられる。

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