粗大結晶粒組織アルミニウム合金鍛造部品における揺動法を用いた中性子残留応力測定の検討

Residual stress measurement with oscillation method of an Aluminum alloy forged part with coarse grains by neutron diffraction

齊藤 徹*; 鈴木 裕士  ; 石橋 寿啓*; 友田 陽*

Saito, Toru*; Suzuki, Hiroshi; Ishibashi, Toshihiro*; Tomota, Yo*

粗大結晶粒を有する材料の応力測定のニーズは年々増加しているが、粗大結晶粒を有する工業材料や工業製品は多種多様であり、結晶粒径も製品によって異なる。そのため、種々の結晶粒サイズに対応した適切な揺動条件を評価・検討することは、揺動法を用いた応力測定の測定精度や信頼性を高めるためにも必要不可欠である。本研究では、中性子回折法による応力測定が困難とされてきた粗大結晶粒合金の鍛造部品に対して、揺動を行わない従来法で求めた応力値とステップ揺動法により求めた応力値の比較を行った。従来法では測定回折面によって異なる応力値を示したが、ステップ揺動法を用いることで回折を満たす結晶粒が増加し、中性子応力測定が可能になることを明らかにした。また、実験結果より多重度因子が大きい回折面ほど小さい揺動範囲で応力測定が可能であり、揺動範囲は回折面に依存することを実験的に確認した。さらに、平均結晶粒径と測定体積の関係から適切な揺動範囲の推定が容易にできることを示した。

The residual stresses in a forged part made of an aluminum alloy with grain size of approximately 1.0 mm were determined by neutron diffraction where the oscillation method was employed. An optimal range of the oscillation is discussed from the relations between the gauge volume and the number of crystal grain. It is found that the stress measurement could be performed with the oscillation range of 3 degrees if 1000 grains exist in a gauge volume. The influence of diffraction plane reveals that adoption of (311) requires smaller oscillation angle than (111), (220) or (200). The hydrostatic tensile stress of about 100 MPa was observed inside the part, which was caused by thermal misfit strains caused during cooling after the heat treatment.