ダクタイル鋳鉄の組織評価方法

【課題】黒鉛粒が分散した金属組織と破断との具体的な関連付けが可能で、検査に手間がかからないダクタイル鋳鉄の組織評価方法を提供することである。
【解決手段】検査面を引張試験における引張試験片１の破断面１ａとすることにより、黒鉛粒が分散した金属組織と破断との具体的な関連付けができるようにするとともに、検査面の研磨等を不要として、検査に手間がかからないようにした。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ダクタイル鋳鉄の組織評価方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ダクタイル鋳鉄は、フェライト中にパーライトと球状化した黒鉛粒が分散した金属組織を有し、黒鉛粒の球状化率が高く、黒鉛粒が細かく分散するほど、製品の強度−延性バランスがよくなることが知られている。このようなダクタイル鋳鉄製品を設計、製造する際や、トラブルの原因調査をする際には、引張試験、シャルピー試験、疲労試験等の機械的破壊試験による検査のほかに、顕微鏡等を用いて金属組織を評価するミクロ検査を実施することがある。
【０００３】
このミクロ検査でダクタイル鋳鉄の金属組織を評価する方法としては、切り出したサンプルの検査面を研磨し、研磨した検査面を顕微鏡で撮像して、その撮像画像の濃淡から黒鉛粒の球状化率やサイズ等の形態を求める方法が採用されている（例えば、特許文献１、２参照）。
【０００４】
特許文献１に記載されたものでは、検査面の顕微鏡写真を明部と暗部に２値化処理して、分散した暗部を黒鉛粒とし、各暗部の面積とその最大差し渡し長さを直径とする外接円の面積との比から個々の黒鉛粒の球状化率を求めている。また、特許文献２に記載されたものでは、研磨した検査面をナイタール等の腐食液でエッチング処理し、エッチング処理した検査面の撮像画像を、その輝度で３つのランクの領域に分類し、輝度の低い第１ランクの領域を黒鉛粒、中間の第２ランクの領域をパーライト、輝度の高い第３ランクの領域をフェライトとして、黒鉛粒の球状化率、粒数、平均粒径等を求めている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭６０−１０４２５８号公報
【特許文献２】特許２００４−３２５３５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１、２に記載された従来のダクタイル鋳鉄の組織評価方法は、サンプルの検査面を研磨したのち、検査面を顕微鏡で撮像しているので、金属組織の一般的な評価に留まり、黒鉛粒が分散した金属組織と破断との具体的な関連付けをするのが難しい問題がある。また、切り出したサンプルを研磨し、場合によってはエッチング処理を施す必要もあるので、検査に手間がかかる問題もある。
【０００７】
そこで、本発明の課題は、黒鉛粒が分散した金属組織と破断との具体的な関連付けが可能で、検査に手間がかからないダクタイル鋳鉄の組織評価方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するために、本発明は、サンプルの検査面を顕微鏡で撮像して、その撮像画像から黒鉛粒が分散したダクタイル鋳鉄の金属組織を評価するダクタイル鋳鉄の組織評価方法において、前記検査面を機械的破壊試験で形成される破断面とした方法を採用した。
【０００９】
すなわち、検査面を機械的破壊試験で形成される破断面とすることにより、黒鉛粒が分散した金属組織と破断との具体的な関連付けができるようにするとともに、検査面の研磨等を不要として、検査に手間がかからないようにした。なお、破断面を形成する機械的破壊試験としては、引張試験、シャルピー試験、疲労試験等を採用することができる。
【００１０】
前記顕微鏡を電子顕微鏡として、前記撮像画像を反射電子像画像とし、この反射電子像画像を明部と暗部に２値化処理して、暗部を前記金属組織に分散した黒鉛粒とすることにより、焦点深度の深い電子顕微鏡で凹凸のある破断面を鮮明に撮影するとともに、撮像画像を反射電子像画像として、撮像画像の濃淡の差を顕著にし、明部と暗部の２値化処理を明確にできるようにして、暗部となる金属組織中の黒鉛粒の分散形態を精度よく評価することができる。
【００１１】
前記分散した黒鉛粒の個々の球状化状態を評価することにより、黒鉛粒の球状化状態を精度よく評価することができる。
【００１２】
前記黒鉛粒の個々の球状化状態は、各黒鉛粒の面積Ｓと周囲長Ｒを測定し、黒鉛粒の面積Ｓと等しい相当円の周囲長Ｒｏと前記周囲長Ｒとの比Ｒｏ／Ｒで評価することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係るダクタイル鋳鉄の組織評価方法は、検査面を機械的破壊試験で形成される破断面としたので、黒鉛粒が分散した金属組織と破断との具体的な関連付けができるとともに、検査面の研磨等を不要として、検査に手間がかからないようにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に係るダクタイル鋳鉄の組織評価方法に用いた破断後の引張試験片を示す正面図
【図２】（ａ）は図１の引張試験片の破断面を電子顕微鏡で撮像した反射電子像画像の例を示す写真、（ｂ）は（ａ）の反射電子像画像を２値化処理した画像を示す写真
【図３】図１の引張試験片の破断面を電子顕微鏡で撮像した２次電子像画像の例を示す写真
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下に、本発明の実施形態を説明する。図１は、本発明に係るダクタイル鋳鉄の組織評価方法に用いた、引張試験で破断した破断面１ａが形成されたダクタイル鋳鉄の引張試験片１を示す。破断面１ａは細かい凹凸を有する。
【実施例】
【００１６】
図１に示した引張試験片１の破断面１ａの一方を検査面として、走査型電子顕微鏡を用いて破断面１ａを撮像し、その反射電子像画像の撮像画像を明部と暗部に２値化処理した。
【００１７】
図２（ａ）の写真は、前記反射電子像画像の撮像画像の例を示す。この反射電子像画像には、凹凸のある破断面１ａが鮮明に撮影されるとともに、濃淡の差が顕著に表われている。図３の写真は、参考として、走査型電子顕微鏡で撮像した破断面１ａの２次電子像画像の例を示す。この２次電子像画像は、凹凸のある破断面１ａが鮮明に撮影されているが、図２（ａ）の反射電子像画像に比べて、濃淡の差があまり顕著でない。
【００１８】
図２（ｂ）の写真は、図２（ａ）の反射電子像画像を明部と暗部に２値化処理した画像を示す。この２値化処理画像は、暗部が明るい黄色（図面では薄い灰色に見える）、明部が黒色に画像処理されており、フェライト等の金属組織である黒色の明部と、黒鉛粒である黄色の暗部が明確に区別されている。この画像には、５２個の黒鉛粒が存在しており、各黒鉛粒には番号が付記されている。これらの黒鉛粒の形態と破断面での亀裂の進展状態等とを較べれば、破断との具体的な関連付けを行うことができる。
【００１９】
【表１】

【００２０】
表１は、図２（ｂ）の２値化処理画像における５２個の黒鉛粒について、それぞれの面積Ｓと周囲長Ｒを測定した結果を示す。表中には、各黒鉛粒の最大長手方向長さＬ、黒鉛粒の面積Ｓと等しい相当円の直径Ｄ、および次式（１）で定義される各黒鉛粒の円形度γも併記した。
γ ＝Ｒｏ／Ｒ（１）
ここに、Ｒｏは相当円の周囲長であり、黒鉛粒が真円のときはγ＝１となる。ちなみに、黒鉛粒が正六角形のときはγ＝０．９５、正五角形のときはγ＝０．９３、正方形のときはγ＝０．８９、正三角形のときはγ＝０．７８となる。この円形度γは、各黒鉛粒の球状化状態の目安とすることができ、相当円の直径Ｄは粒径の目安とすることができる。
【００２１】
また、表１には、各黒鉛粒についての上記各値のほかに、これらの各値の最大値、最小値、平均値および標準偏差も併記しており、これらの値から一般的な黒鉛粒の分散形態や球状化状態を評価することもできる。
【００２２】
上述した実施形態では、引張試験片の破断面を検査面としたが、シャルピー試験、各種疲労試験等の試験片の破断面を検査面とすることもできる。
【符号の説明】
【００２３】
１引張試験片
１ａ破断面

【特許請求の範囲】
【請求項１】
サンプルの検査面を顕微鏡で撮像して、その撮像画像から黒鉛粒が分散したダクタイル鋳鉄の金属組織を評価するダクタイル鋳鉄の組織評価方法において、前記検査面を機械的破壊試験で形成される破断面としたことを特徴とするダクタイル鋳鉄の組織評価方法。
【請求項２】
前記顕微鏡を電子顕微鏡として、前記撮像画像を反射電子像画像とし、この反射電子像画像を明部と暗部に２値化処理して、暗部を前記金属組織に分散した黒鉛粒とするようにした請求項１に記載のダクタイル鋳鉄の組織評価方法。
【請求項３】
前記分散した黒鉛粒の個々の球状化状態を評価するようにした請求項２に記載のダクタイル鋳鉄の組織評価方法。
【請求項４】
前記黒鉛粒の個々の球状化状態を、各黒鉛粒の面積Ｓと周囲長Ｒを測定し、黒鉛粒の面積Ｓと等しい相当円の周囲長Ｒｏと前記周囲長Ｒとの比Ｒｏ／Ｒで評価するようにした請求項３に記載のダクタイル鋳鉄の組織評価方法。

【図１】