転がり疲労き裂発生予測方法および転がり疲労損傷評価システム、並びに、疲労層削除タイミング決定方法および削除深さ決定方法
【課題】転がり疲労損傷程度を評価して保守作業を効率化する。
【解決手段】対象材に対してＸ線回折により結晶子サイズおよび不均一ひずみを測定し、結晶子サイズが３０ｎｍ以下であるとの条件及び不均一ひずみが０．２５％以上であるとの条件の少なくとも一方の条件で対象材に対して転がり疲労き裂の発生予測を決定する。また、基準材の結晶子サイズに対して対象材の結晶子サイズが５０％以下であるとの条件、及び、基準材の不均一ひずみに対して対象材の不均一ひずみが２倍以上の変化であるとの条件の少なくとも一方の条件で対象材に対して転がり疲労き裂の発生予測を決定する。
【解決手段】対象材に対してＸ線回折により結晶子サイズおよび不均一ひずみを測定し、結晶子サイズが３０ｎｍ以下であるとの条件及び不均一ひずみが０．２５％以上であるとの条件の少なくとも一方の条件で対象材に対して転がり疲労き裂の発生予測を決定する。また、基準材の結晶子サイズに対して対象材の結晶子サイズが５０％以下であるとの条件、及び、基準材の不均一ひずみに対して対象材の不均一ひずみが２倍以上の変化であるとの条件の少なくとも一方の条件で対象材に対して転がり疲労き裂の発生予測を決定する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、転がり疲労損傷の発生を定量的に予測する転がり疲労き裂発生予測方法および疲労損傷評価システムに関する。また、本発明は、対象材の疲労層の削除タイミングを決定する疲労層削除タイミング決定方法および対象材の削除深さを決定する削除深さ決定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
転がり疲労を受けた材料の疲労損傷程度の評価は、破壊試験を伴う金属組織観察、硬さ測定、電子線回折、非破壊試験可能なＸ線残留応力や集合組織測定を使用してきた。このような測定手法の結果を、これまで、現地で、転がり疲労損傷抑制の目的で実施されてきたレール削正作業の時間間隔（タイミング）と削正深さの決定に活用されてきた。しかし、これらの測定手法から得られた結果は同一の基準で、評価困難であったため、時間間隔と削正深さを経験的な側面から決定していた。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
転がり疲労を受けた材料の疲労損傷程度を評価する場合、金属組織観察は定性的に判断可能なものの、対象材に導入されたひずみ量や、微細化し結晶粒界が不明瞭になった結晶粒子の大きさの定量的な評価は困難であった。
【０００４】
硬さ測定は、対象材の深さ方向の疲労損傷程度の定量的な評価をある程度可能であるが、転がり疲労が蓄積していく過程における硬さの変化量を、十分に評価できなかった。また、硬さ測定は、対象材の表面近傍を評価するために、硬さ測定の測定領域が小さくなるように、圧子の押込み荷重を小さくすると、測定値が非常にばらつくため、評価困難であった。
【０００５】
電子線回折は、ひずみ量および結晶粒子径をともに定量的に評価可能なものの、微細な観察領域での評価になる。特に転がり疲労が塑性変形を伴うような場合、対象材は微視的に不均一な変形を受けるため、微細な観察領域での評価結果が、対象材全体の状態を表しているとは言い難い場合がある。
【０００６】
さらに、上記測定は、通常破壊的に行われるため、現地での評価に不適である問題がある。
【０００７】
一方、残留応力や集合組織測定は、非破壊的な測定が可能である。しかし、残留応力測定は平面応力を仮定している。このため、転がり疲労等により、三次元的な応力分布を伴った疲労状態の評価や集合組織を有する材料の評価に当該方法を適用することは、難しい。また、当該方法がＸ線のピーク位置のずれを評価する方法であるため、塑性変形を伴うような疲労状態に対する十分な評価は困難であった。一方、集合組織測定では、集合組織が材料内部に顕著に形成される場合があり、材料表面に蓄積した転がり疲労状態を十分に評価できなかった。
【０００８】
鉄道事業者においては、営業線に敷設したレールに発生するシェリング等の転がり疲労損傷を抑制するために定期的な保守作業として、レールを砥石等を用いて削正している。この保守作業は、レール表面および内部に形成される転がり疲労層の除去を目的としている。レール削正には、どれくらいの期間（削正間隔）で、どの程度の深さ（削正量）を削正するのか、という定量的な指標が必要となる。この削正間隔と削正量は、上記の測定方法による結果を活用しているものの、各々の測定結果を定量的に比較できる手法がなく、経験的に決定される傾向が強かった。そのため、レール保守作業を効率化していくためには、レール表面から内部まで同一の評価基準に基づいた定量的な測定手法による精緻化が必要であった。その上、削正間隔を決定するために、転がり疲労き裂発生を予測するには、レール表面を現地測定可能な非破壊検査手法で評価する必要があった。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、転がり疲労損傷を評価して保守作業を効率化する転がり疲労き裂発生予測方法および転がり疲労損傷評価システムを提供することにある。
【００１０】
また、本発明の目的は、対象材の疲労層の削除という保守作業を効率化するために、対象材の疲労層削除タイミング決定方法および削除深さ決定方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
以下、符号を付して本発明の特徴を説明する。なお、符号は参照のためであり、本発明を実施形態に限定するものでない。
【００１２】
本発明の第１の特徴に係わる転がり疲労き裂発生予測方法は、対象材の結晶子サイズおよび不均一ひずみの少なくとも一方を測定し、前記対象材の結晶子サイズ及び不均一ひずみの少なくとも一方に基づいて対象材の転がり疲労損傷を評価して対象材の疲労き裂発生を予測する。
【００１３】
以上の第１の特徴にあって、結晶子サイズが３０ｎｍ以下であるとの条件及び不均一ひずみが０．２５％以上であるとの条件の少なくとも一方の条件で対象材に対して転がり疲労き裂の発生予測を決定する。
【００１４】
基準材にとしての未使用の対象材に対して結晶子サイズおよび不均一ひずみの少なくとも一方を測定し、基準材の結晶子サイズに対して対象材の結晶子サイズが５０％以下であるとの条件、及び、基準材の不均一ひずみに対して対象材の不均一ひずみが２倍以上の変化であるとの条件の少なくとも一方の条件で対象材に対して転がり疲労き裂の発生予測を決定する。
【００１５】
結晶子サイズおよび不均一ひずみの測定にＸ線回折を用い、対象材に対してＸ線の侵入深さを１０μｍ以下になるように入射Ｘ線の波長又は入射角度を選択する。
【００１６】
本発明の第２の特徴に係わる転がり疲労損傷評価システム（１０）は、対象材の結晶子サイズおよび不均一ひずみの少なくとも一方を測定する測定装置（１１）と、前記対象材の結晶子サイズおよび不均一ひずみの少なくとも一方に基づいて対象材の転がり疲労損傷を評価する分析装置（１２）とを有する。
【００１７】
以上の第２の特徴において、分析装置（１２）は、結晶子サイズが３０ｎｍ以下であるとの条件及び不均一ひずみが０．２５％以上であるとの条件の少なくとも一方の条件で対象材に対して転がり疲労き裂の発生予測を決定する。
【００１８】
測定装置（１１）は基準材としての未使用の対象材に対して結晶子サイズおよび不均一ひずみの少なくとも一方を測定し、分析装置（１２）は、基準材の結晶子サイズに対して対象材の結晶子サイズが５０％以下であるとの条件、および、基準材の不均一ひずみに対して対象材の不均一ひずみが２倍以上の変化であるとの条件の少なくとも一方の条件で対象材に対して転がり疲労き裂の発生予測を決定する。
【００１９】
測定装置（１１）はＸ線回折装置であり、対象材に対してＸ線の侵入深さを１０μｍ以下になるような入射Ｘ線の波長又は入射角度を選択する。
【００２０】
本発明の第３の特徴に係わる削除深さ決定方法は、対象材および基準材としての未使用の対象材のそれぞれの結晶子サイズおよび不均一ひずみの少なくとも一方を測定し、対象材の結晶子サイズが基準材の結晶子サイズと同じになる対象材の表面からの深さ、および、
対象材の不均一ひずみが基準材の不均一ひずみより小さくなる対象材の表面からの深さの少なくとも一方を、対象材の表面からの削除深さとして決定する。
【００２１】
本発明の第４の特徴に係わる疲労層削除タイミング決定方法は、対象材の結晶子サイズおよび不均一ひずみの少なくとも一方を測定し、前記対象材の結晶子サイズ及び不均一ひずみの少なくとも一方に基づいて対象材の疲労層の削除タイミングを決定する。
【００２２】
以上の第５の特徴において、結晶子サイズが３０ｎｍ以下であるとの条件及び不均一ひずみが０．２５％以上であるとの条件の少なくとも一方の条件で対象材の疲労層の削除タイミングを決定する。
【００２３】
基準材にとしての未使用の対象材に対して結晶子サイズおよび不均一ひずみの少なくとも一方を測定し、基準材の結晶子サイズに対して対象材の結晶子サイズが５０％以下であるとの条件、及び、基準材の不均一ひずみに対して対象材の不均一ひずみが２倍以上の変化であるとの条件の少なくとも一方の条件で対象材の疲労層の削除タイミングを決定する。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の特徴によれば、疲労損傷の発生を予測できるので、保守作業の効率を向上させることができる。
【００２５】
対象材の表面からの削除深さを決定し、また、対象材の疲労層の削除タイミングを決定するので、対象材の疲労層の削除という保守作業を効率化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】実施形態に係る転がり疲労損傷評価システムの構成要素を示すブロック図である。
【図２】Ｘ線回折装置の概要図である。
【図３】転がり疲労き裂発生予測方法の原理を説明する概要図である。
【図４】対象材の表面からの深さに対する不均一ひずみおよび結晶子サイズを示すグラフである。
【図５】対象材の不均一ひずみと結晶子サイズを示すグラフである。
【図６】転がり疲労き裂発生予測方法の処理手順を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、図面を参照して実施の形態を詳細に説明する。
【００２８】
図１に示すように、転がり疲労損傷評価システム１０は、Ｘ線回折装置１１と、Ｘ線回折装置１１の測定結果を分析する分析装置１２と、分析装置１２の分析結果を出力する出力装置１３を有する。
【００２９】
Ｘ線回折装置１１は、図２に示すように、試料へ向けてＸ線を照射するＸ線発生部１１ａと、試料から回折されたＸ線を検知するＸ線検出部１１ｂを有する。Ｘ線回折装置１１は、Ｘ線検出部１１ｂの走査で、Ｘ線の回折方向と入射方向との角度差（回折角：２θ）とＸ線強度を測定する。
【００３０】
分析装置１２は、処理プログラムを実行するＣＰＵ（Central Processing Unit）と、処理プログラムを格納するＲＯＭ（Read Only Memory）と、ＣＰＵの処理に必要なデータを一時的に記憶するＲＡＭ（Random Access Memory）を有する。
出力装置１３は、例えば、液晶表示装置、有機ＥＬ（Electro-Luminescence）表示装置のような画像表示装置、及び、インクジョット方式又はレーザプリンタ方式の印刷装置を有する。
【００３１】
次に、図３、４を用いて転がり疲労き裂発生予測方法の原理を説明する。
【００３２】
図３（Ｂ）に示すように、対象材が、加工等を受けずに、ひずみを有しない場合、同図（Ａ）に示すように、測定結果の回折ピークの幅は狭くなり、回折ピークの高さは大きくなり、鋭いピークとなる。
【００３３】
一方、同図（Ｄ）に示すように、対象材が繰返し応力を受けて疲労し、ひずみが導入された場合、結晶粒は微細化し、不均一な格子ひずみ（以下、不均一ひずみと称する。）を有する。この場合、同図（Ｃ）に示すように、測定結果の回折ピークの幅は広くなり、回折ピークの高さは低くなる。
【００３４】
そこで、Ｈａｌｌの方法を利用して、結晶子のサイズと不均一ひずみを分離して決定する。
【００３５】
β（ｃｏｓθ／λ）＝２η（ｓｉｎθ／λ）＋１／ε・・・（１）
【００３６】
式（１）において、βは回折ピークの拡がり、ηは不均一ひずみ、εは結晶子のサイズ、λは波長である。回折ピーク幅からβ（ｃｏｓθ／λ）を計算し、縦軸、β（ｃｏｓθ／λ）に対して横軸、ｓｉｎθ／λをプロットする。得られた直線の勾配から不均一ひずみ２ηを得る。また、直線の縦軸（β（ｃｏｓθ／λ））との交点から結晶子の大きさの逆数１／εを得る。
【００３７】
次に、図４は、表面からの深さに従って測定試料としてのレールの不均一ひずみおよび結晶子サイズを測定したものである。●は未使用レールの不均一ひずみを示す。■は使用済みレールの不均一ひずみを示す。○は未使用レールの結晶子サイズを示す。□は使用済みレールの結晶子サイズを示す。
【００３８】
使用済みレールの不均一ひずみは、未使用レールの不均一ひずみに対して大きくなった。 使用済みレールの結晶子サイズは、未使用レールの結晶子サイズに対して小さくなった。また、使用済みレールの不均一ひずみはレール表面で最も大きくなった。また、結晶子サイズはレールの表面で最も小さくなった。よって、不均一ひずみ及び結晶子のサイズはレールの表面で測定することが、レール削正間隔を決める転がり疲労き裂発生予測に有効である。又、深さ方向の測定は、レール削正深さを決定する転がり疲労損傷評価に有効である。
【００３９】
図５のグラフでは、新品のレールＡ（図中の新品Ａ）、白色層の発生を伴った微細き裂の発生したレールＢ（図中の微細き裂ありＢ）、シェリング損傷で折損したレール近傍部Ｃ（図中の近傍部折損Ｃ）の各表面について、不均一ひずみおよび結晶子サイズを測定した。
【００４０】
その結果、新品のレールＡの不均一ひずみは、０．１％程度であった。レールＢの不均一ひずみは、白色層は、高ひずみを有するマルテンサイト相を主相としているため、その影響により、１．０％程度であった。これに対して、レール近傍部Ｃの不均一ひずみは、０．２５％程度であった。以上から、不均一ひずみが０．２５％以上の条件で、すでに転がり疲労き裂が生じている可能性が高い。
【００４１】
さらに、新品のレールＡの結晶子サイズは８０ｎｍ程度であり、レールＢの結晶子サイズは、白色層生成の影響のため、１０ｎｍ程度であった。これに対して、レール近傍部Ｃの結晶子サイズは３０ｎｍ程度であった。以上から、結晶子サイズが３０ｎｍになると、既に、転がり疲労き裂が発生している可能性が高い。
【００４２】
次に、図６を用いて、転がり疲労き裂発生予測方法について説明する。
Ｘ線回折装置１１を作動させる。Ｘ線発生部１１ａは対象材２１にＸ線１１ｃを照射し、Ｘ線検出部１１ｂを走査させて角度差およびＸ線強度を測定する（ステップＳ１１、図２参照）。
【００４３】
ここで、対象材の最表面での測定を可能にするために、入射Ｘ線は、Ｘ線侵入深さが１０μｍ以内に小さくなるように選択するのがよい。結晶子サイズと不均一ひずみの測定には、できるだけたくさんの回折角からの情報を必要とするため、鉄系材料を対象材としてθ／２θスキャンをする場合、特性Ｘ線としてＣｕＫα線を入射Ｘ線に選択するのがよい。なお、任意の波長を入射Ｘ線に選択できる場合は、この限りでない。
【００４４】
また、斜入射法で、入射Ｘ線の侵入深さを１０μｍ以下にできるように、入射角度を設定してもよい。斜入射法は、図２に示すように、Ｘ線発生部１１ｃとＸ線検出部１１ｂとを中心線Ｃ１に対して非対称に配置する。
【００４５】
また、平行ビーム法でより分解能を向上させてもよいが、基準材からの変化量を測定することでもかまわない。
また、統計精度を向上させるために、各測定角度でＦＴ（時間固定）またはＦＣ（Ｘ線光子カウント数固定）を使用し、ゴニオメータのステップは０．０５°以下としてもよい。
【００４６】
分析装置１２は、測定結果から対象材の不均一ひずみと結晶子サイズを決定する（ステップＳ１２、Ｓ１３）。分析装置１２は、対象材の不均一ひずみ、または、結晶子サイズが条件を満たすか決定する（ステップＳ１４）。すなわち、分析装置１２は、対象材の不均一ひずみが閾値の０．２５％以上の条件、又は、対象材の結晶子サイズが閾値の３０ｎｍ以下の条件で（ステップＳ１４のＹＥＳ）、処理はステップＳ１５へ進む。分析装置１２は対象材に対して転がり疲労き裂の発生予測を決定する（ステップＳ１５）。なお、予測精度を向上させるために、不均一ひずみおよび結晶子サイズの両方の条件を満たす場合に転がり疲労き裂の発生予測を決定してもよい。
【００４７】
最後に、分析装置１２は、測定結果および判定結果を出力装置１３に出力させる。
【００４８】
以上の実施形態によれば、転がり疲労き裂の発生を予測し、転がり疲労損傷の評価が可能になるので、保守作業の効率を向上させることができる。
【００４９】
第２の実施形態
本実施形態は、未使用の対象材を基準材とし、基準材と使用済みの対象材とを比較して対象材の疲労き裂発生予測する。
【００５０】
図５に示す結果から、レールＡの不均一ひずみに対してレールＢ、レール近傍部Ｃの不均一ひずみは２倍以上の変化である。また、レールＡの結晶子サイズに対してレールＢ、レール近傍部Ｃの結晶子サイズは、５０％以下である。
【００５１】
以上から、基準材の結晶子サイズに対して対象材の結晶子サイズが５０％以下となる条件、又は、基準材の不均一ひずみに対して対象材の不均一ひずみが２倍以上変化する条件で対象材に対して転がり疲労き裂が発生していると推定される。なお、基準材の結晶子サイズに対して対象材の結晶子サイズが４０％以下又は３０％以下の条件でもよい。また、基準材の不均一ひずみに対して対象材の不均一ひずみが１．５倍以上変化する条件としてもよい。
【００５２】
転がり疲労き裂発生予測方法では、図６において、基準材の結晶子サイズに対して対象材の結晶子サイズが５０％以下の条件、又は、基準材の不均一ひずみに対して対象材の不均一ひずみが２倍以上の条件を満たすか決定する（ステップＳ１４）。何れかの条件を満たす場合（ステップＳ１４のＹＥＳ）、処理はステップＳ１５へ進む。分析装置１２は対象材に対して転がり疲労き裂発生を決定する（ステップＳ１５）。なお、予測精度を向上させるために、不均一ひずみのおよび結晶子サイズの両方の条件を満たす場合に疲労損傷の発生予測を決定してもよい。
【００５３】
第３の実施形態
本実施形態は、対象材の疲労層の削除タイミングを決定する。
【００５４】
第1の実施形態と同様に、Ｘ線回折により対象材の結晶子サイズおよび不均一ひずみを測定する。
【００５５】
図５に示す結果から、対象材の結晶子サイズが３０ｎｍ以下であると、対象材は疲労損傷している疲労層を有すると推定される。また、対象材の不均一ひずみが０．２５％以上であると、対象材は疲労損傷している疲労層を有すると推定される。
【００５６】
以上から、結晶子サイズが３０ｎｍ以下であるとの条件、及び、対象材の不均一ひずみが０．２５％以上であるとの条件の少なくとも一方の条件で対象材の疲労層の削除タイミングを決定する。
【００５７】
以上の実施形態によれば、対象材の結晶子サイズおよび不均一ひずみの少なくとも一方に基づいて対象材の疲労層の削除タイミングを決定し、対象材が疲労損傷するまでの時間間隔を決めることができる。これにより、対象材の疲労層の削除という保守作業を効率化することができる。
【００５８】
第４の実施形態
本実施形態は、対象材と基準材にとしての未使用の対象材とを比較して、対象材の疲労層の削除タイミングを決定する。
【００５９】
図５に示す結果から、基準材の結晶子サイズに対して対象材の結晶子サイズが５０％以下であるとの条件、又は、基準材の不均一ひずみに対して対象材の不均一ひずみが２倍以上の変化であるとの条件で、対象材は疲労損傷していると推定される。よって、何れかの条件で対象材の疲労層の削除タイミングを決定する。また、両方の条件で対象材の疲労層の削除タイミングを決定してもよい。なお、基準材の結晶子サイズに対して対象材の結晶子サイズが４０％以下又は３０％以下の条件でもよい。また、基準材の不均一ひずみに対して対象材の不均一ひずみが１．５倍以上変化する条件としてもよい。
【００６０】
以上の実施形態によれば、対象材及び基準材の結晶子サイズ又は不均一ひずみを比較して対象材の疲労層の削除タイミングを決定し、対象材が疲労損傷するまでの時間間隔を決めることができる。これにより、対象材の疲労層の削除という保守作業を効率化することができる。
【００６１】
第５の実施形態
本実施形態は、対象材と基準材としての未使用の対象材とを比較して対象材の削除深さを決定する。
【００６２】
図４において、使用レールの結晶子サイズが未使用レールの結晶子サイズと同じになるまで、使用レールを表面から削除すれば、使用レールの疲労層は取り除かれ、使用レールに対する転がり疲労き裂発生の可能性は低くなる。また、使用レールの不均一ひずみが未使用レールの不均一ひずみより小さくなるまで、使用レールを表面から削除すれば、使用レールの疲労層は取り除かれ、使用レールの転がり疲労き裂発生の可能性は低くなる。
【００６３】
以上から、対象材の結晶子サイズが基準材の結晶子サイズと同じになる対象材の表面からの深さ、および、対象材の不均一ひずみが基準材の不均一ひずみより小さくなる対象材の表面からの深さの少なくとも一方を、対象材の表面からの削除深さとして決定する。なお、結晶子のサイズ及び不均一ひずみの両方を用いる場合、より大きな表面からの深さを削除深さとして選択してもよい。
【００６４】
以上の実施形態によれば、対象材および基準材のそれぞれの結晶子サイズおよび不均一ひずみの少なくとも一方を比較して、対象材の削除深さを決定するので、対象材の疲労層の削除という保守作業を効率化することができる。
なお、本発明は本実施形態に限定されず、また、各実施形態は発明の趣旨を変更しない範囲で変更、修正可能である。
【符号の説明】
【００６５】
１０ 転がり疲労損傷評価システム
１１ Ｘ線回折装置
１２ 分析装置
１３ 出力装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、転がり疲労損傷の発生を定量的に予測する転がり疲労き裂発生予測方法および疲労損傷評価システムに関する。また、本発明は、対象材の疲労層の削除タイミングを決定する疲労層削除タイミング決定方法および対象材の削除深さを決定する削除深さ決定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
転がり疲労を受けた材料の疲労損傷程度の評価は、破壊試験を伴う金属組織観察、硬さ測定、電子線回折、非破壊試験可能なＸ線残留応力や集合組織測定を使用してきた。このような測定手法の結果を、これまで、現地で、転がり疲労損傷抑制の目的で実施されてきたレール削正作業の時間間隔（タイミング）と削正深さの決定に活用されてきた。しかし、これらの測定手法から得られた結果は同一の基準で、評価困難であったため、時間間隔と削正深さを経験的な側面から決定していた。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
転がり疲労を受けた材料の疲労損傷程度を評価する場合、金属組織観察は定性的に判断可能なものの、対象材に導入されたひずみ量や、微細化し結晶粒界が不明瞭になった結晶粒子の大きさの定量的な評価は困難であった。
【０００４】
硬さ測定は、対象材の深さ方向の疲労損傷程度の定量的な評価をある程度可能であるが、転がり疲労が蓄積していく過程における硬さの変化量を、十分に評価できなかった。また、硬さ測定は、対象材の表面近傍を評価するために、硬さ測定の測定領域が小さくなるように、圧子の押込み荷重を小さくすると、測定値が非常にばらつくため、評価困難であった。
【０００５】
電子線回折は、ひずみ量および結晶粒子径をともに定量的に評価可能なものの、微細な観察領域での評価になる。特に転がり疲労が塑性変形を伴うような場合、対象材は微視的に不均一な変形を受けるため、微細な観察領域での評価結果が、対象材全体の状態を表しているとは言い難い場合がある。
【０００６】
さらに、上記測定は、通常破壊的に行われるため、現地での評価に不適である問題がある。
【０００７】
一方、残留応力や集合組織測定は、非破壊的な測定が可能である。しかし、残留応力測定は平面応力を仮定している。このため、転がり疲労等により、三次元的な応力分布を伴った疲労状態の評価や集合組織を有する材料の評価に当該方法を適用することは、難しい。また、当該方法がＸ線のピーク位置のずれを評価する方法であるため、塑性変形を伴うような疲労状態に対する十分な評価は困難であった。一方、集合組織測定では、集合組織が材料内部に顕著に形成される場合があり、材料表面に蓄積した転がり疲労状態を十分に評価できなかった。
【０００８】
鉄道事業者においては、営業線に敷設したレールに発生するシェリング等の転がり疲労損傷を抑制するために定期的な保守作業として、レールを砥石等を用いて削正している。この保守作業は、レール表面および内部に形成される転がり疲労層の除去を目的としている。レール削正には、どれくらいの期間（削正間隔）で、どの程度の深さ（削正量）を削正するのか、という定量的な指標が必要となる。この削正間隔と削正量は、上記の測定方法による結果を活用しているものの、各々の測定結果を定量的に比較できる手法がなく、経験的に決定される傾向が強かった。そのため、レール保守作業を効率化していくためには、レール表面から内部まで同一の評価基準に基づいた定量的な測定手法による精緻化が必要であった。その上、削正間隔を決定するために、転がり疲労き裂発生を予測するには、レール表面を現地測定可能な非破壊検査手法で評価する必要があった。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、転がり疲労損傷を評価して保守作業を効率化する転がり疲労き裂発生予測方法および転がり疲労損傷評価システムを提供することにある。
【００１０】
また、本発明の目的は、対象材の疲労層の削除という保守作業を効率化するために、対象材の疲労層削除タイミング決定方法および削除深さ決定方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
以下、符号を付して本発明の特徴を説明する。なお、符号は参照のためであり、本発明を実施形態に限定するものでない。
【００１２】
本発明の第１の特徴に係わる転がり疲労き裂発生予測方法は、対象材の結晶子サイズおよび不均一ひずみの少なくとも一方を測定し、前記対象材の結晶子サイズ及び不均一ひずみの少なくとも一方に基づいて対象材の転がり疲労損傷を評価して対象材の疲労き裂発生を予測する。
【００１３】
以上の第１の特徴にあって、結晶子サイズが３０ｎｍ以下であるとの条件及び不均一ひずみが０．２５％以上であるとの条件の少なくとも一方の条件で対象材に対して転がり疲労き裂の発生予測を決定する。
【００１４】
基準材にとしての未使用の対象材に対して結晶子サイズおよび不均一ひずみの少なくとも一方を測定し、基準材の結晶子サイズに対して対象材の結晶子サイズが５０％以下であるとの条件、及び、基準材の不均一ひずみに対して対象材の不均一ひずみが２倍以上の変化であるとの条件の少なくとも一方の条件で対象材に対して転がり疲労き裂の発生予測を決定する。
【００１５】
結晶子サイズおよび不均一ひずみの測定にＸ線回折を用い、対象材に対してＸ線の侵入深さを１０μｍ以下になるように入射Ｘ線の波長又は入射角度を選択する。
【００１６】
本発明の第２の特徴に係わる転がり疲労損傷評価システム（１０）は、対象材の結晶子サイズおよび不均一ひずみの少なくとも一方を測定する測定装置（１１）と、前記対象材の結晶子サイズおよび不均一ひずみの少なくとも一方に基づいて対象材の転がり疲労損傷を評価する分析装置（１２）とを有する。
【００１７】
以上の第２の特徴において、分析装置（１２）は、結晶子サイズが３０ｎｍ以下であるとの条件及び不均一ひずみが０．２５％以上であるとの条件の少なくとも一方の条件で対象材に対して転がり疲労き裂の発生予測を決定する。
【００１８】
測定装置（１１）は基準材としての未使用の対象材に対して結晶子サイズおよび不均一ひずみの少なくとも一方を測定し、分析装置（１２）は、基準材の結晶子サイズに対して対象材の結晶子サイズが５０％以下であるとの条件、および、基準材の不均一ひずみに対して対象材の不均一ひずみが２倍以上の変化であるとの条件の少なくとも一方の条件で対象材に対して転がり疲労き裂の発生予測を決定する。
【００１９】
測定装置（１１）はＸ線回折装置であり、対象材に対してＸ線の侵入深さを１０μｍ以下になるような入射Ｘ線の波長又は入射角度を選択する。
【００２０】
本発明の第３の特徴に係わる削除深さ決定方法は、対象材および基準材としての未使用の対象材のそれぞれの結晶子サイズおよび不均一ひずみの少なくとも一方を測定し、対象材の結晶子サイズが基準材の結晶子サイズと同じになる対象材の表面からの深さ、および、
対象材の不均一ひずみが基準材の不均一ひずみより小さくなる対象材の表面からの深さの少なくとも一方を、対象材の表面からの削除深さとして決定する。
【００２１】
本発明の第４の特徴に係わる疲労層削除タイミング決定方法は、対象材の結晶子サイズおよび不均一ひずみの少なくとも一方を測定し、前記対象材の結晶子サイズ及び不均一ひずみの少なくとも一方に基づいて対象材の疲労層の削除タイミングを決定する。
【００２２】
以上の第５の特徴において、結晶子サイズが３０ｎｍ以下であるとの条件及び不均一ひずみが０．２５％以上であるとの条件の少なくとも一方の条件で対象材の疲労層の削除タイミングを決定する。
【００２３】
基準材にとしての未使用の対象材に対して結晶子サイズおよび不均一ひずみの少なくとも一方を測定し、基準材の結晶子サイズに対して対象材の結晶子サイズが５０％以下であるとの条件、及び、基準材の不均一ひずみに対して対象材の不均一ひずみが２倍以上の変化であるとの条件の少なくとも一方の条件で対象材の疲労層の削除タイミングを決定する。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の特徴によれば、疲労損傷の発生を予測できるので、保守作業の効率を向上させることができる。
【００２５】
対象材の表面からの削除深さを決定し、また、対象材の疲労層の削除タイミングを決定するので、対象材の疲労層の削除という保守作業を効率化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】実施形態に係る転がり疲労損傷評価システムの構成要素を示すブロック図である。
【図２】Ｘ線回折装置の概要図である。
【図３】転がり疲労き裂発生予測方法の原理を説明する概要図である。
【図４】対象材の表面からの深さに対する不均一ひずみおよび結晶子サイズを示すグラフである。
【図５】対象材の不均一ひずみと結晶子サイズを示すグラフである。
【図６】転がり疲労き裂発生予測方法の処理手順を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、図面を参照して実施の形態を詳細に説明する。
【００２８】
図１に示すように、転がり疲労損傷評価システム１０は、Ｘ線回折装置１１と、Ｘ線回折装置１１の測定結果を分析する分析装置１２と、分析装置１２の分析結果を出力する出力装置１３を有する。
【００２９】
Ｘ線回折装置１１は、図２に示すように、試料へ向けてＸ線を照射するＸ線発生部１１ａと、試料から回折されたＸ線を検知するＸ線検出部１１ｂを有する。Ｘ線回折装置１１は、Ｘ線検出部１１ｂの走査で、Ｘ線の回折方向と入射方向との角度差（回折角：２θ）とＸ線強度を測定する。
【００３０】
分析装置１２は、処理プログラムを実行するＣＰＵ（Central Processing Unit）と、処理プログラムを格納するＲＯＭ（Read Only Memory）と、ＣＰＵの処理に必要なデータを一時的に記憶するＲＡＭ（Random Access Memory）を有する。
出力装置１３は、例えば、液晶表示装置、有機ＥＬ（Electro-Luminescence）表示装置のような画像表示装置、及び、インクジョット方式又はレーザプリンタ方式の印刷装置を有する。
【００３１】
次に、図３、４を用いて転がり疲労き裂発生予測方法の原理を説明する。
【００３２】
図３（Ｂ）に示すように、対象材が、加工等を受けずに、ひずみを有しない場合、同図（Ａ）に示すように、測定結果の回折ピークの幅は狭くなり、回折ピークの高さは大きくなり、鋭いピークとなる。
【００３３】
一方、同図（Ｄ）に示すように、対象材が繰返し応力を受けて疲労し、ひずみが導入された場合、結晶粒は微細化し、不均一な格子ひずみ（以下、不均一ひずみと称する。）を有する。この場合、同図（Ｃ）に示すように、測定結果の回折ピークの幅は広くなり、回折ピークの高さは低くなる。
【００３４】
そこで、Ｈａｌｌの方法を利用して、結晶子のサイズと不均一ひずみを分離して決定する。
【００３５】
β（ｃｏｓθ／λ）＝２η（ｓｉｎθ／λ）＋１／ε・・・（１）
【００３６】
式（１）において、βは回折ピークの拡がり、ηは不均一ひずみ、εは結晶子のサイズ、λは波長である。回折ピーク幅からβ（ｃｏｓθ／λ）を計算し、縦軸、β（ｃｏｓθ／λ）に対して横軸、ｓｉｎθ／λをプロットする。得られた直線の勾配から不均一ひずみ２ηを得る。また、直線の縦軸（β（ｃｏｓθ／λ））との交点から結晶子の大きさの逆数１／εを得る。
【００３７】
次に、図４は、表面からの深さに従って測定試料としてのレールの不均一ひずみおよび結晶子サイズを測定したものである。●は未使用レールの不均一ひずみを示す。■は使用済みレールの不均一ひずみを示す。○は未使用レールの結晶子サイズを示す。□は使用済みレールの結晶子サイズを示す。
【００３８】
使用済みレールの不均一ひずみは、未使用レールの不均一ひずみに対して大きくなった。 使用済みレールの結晶子サイズは、未使用レールの結晶子サイズに対して小さくなった。また、使用済みレールの不均一ひずみはレール表面で最も大きくなった。また、結晶子サイズはレールの表面で最も小さくなった。よって、不均一ひずみ及び結晶子のサイズはレールの表面で測定することが、レール削正間隔を決める転がり疲労き裂発生予測に有効である。又、深さ方向の測定は、レール削正深さを決定する転がり疲労損傷評価に有効である。
【００３９】
図５のグラフでは、新品のレールＡ（図中の新品Ａ）、白色層の発生を伴った微細き裂の発生したレールＢ（図中の微細き裂ありＢ）、シェリング損傷で折損したレール近傍部Ｃ（図中の近傍部折損Ｃ）の各表面について、不均一ひずみおよび結晶子サイズを測定した。
【００４０】
その結果、新品のレールＡの不均一ひずみは、０．１％程度であった。レールＢの不均一ひずみは、白色層は、高ひずみを有するマルテンサイト相を主相としているため、その影響により、１．０％程度であった。これに対して、レール近傍部Ｃの不均一ひずみは、０．２５％程度であった。以上から、不均一ひずみが０．２５％以上の条件で、すでに転がり疲労き裂が生じている可能性が高い。
【００４１】
さらに、新品のレールＡの結晶子サイズは８０ｎｍ程度であり、レールＢの結晶子サイズは、白色層生成の影響のため、１０ｎｍ程度であった。これに対して、レール近傍部Ｃの結晶子サイズは３０ｎｍ程度であった。以上から、結晶子サイズが３０ｎｍになると、既に、転がり疲労き裂が発生している可能性が高い。
【００４２】
次に、図６を用いて、転がり疲労き裂発生予測方法について説明する。
Ｘ線回折装置１１を作動させる。Ｘ線発生部１１ａは対象材２１にＸ線１１ｃを照射し、Ｘ線検出部１１ｂを走査させて角度差およびＸ線強度を測定する（ステップＳ１１、図２参照）。
【００４３】
ここで、対象材の最表面での測定を可能にするために、入射Ｘ線は、Ｘ線侵入深さが１０μｍ以内に小さくなるように選択するのがよい。結晶子サイズと不均一ひずみの測定には、できるだけたくさんの回折角からの情報を必要とするため、鉄系材料を対象材としてθ／２θスキャンをする場合、特性Ｘ線としてＣｕＫα線を入射Ｘ線に選択するのがよい。なお、任意の波長を入射Ｘ線に選択できる場合は、この限りでない。
【００４４】
また、斜入射法で、入射Ｘ線の侵入深さを１０μｍ以下にできるように、入射角度を設定してもよい。斜入射法は、図２に示すように、Ｘ線発生部１１ｃとＸ線検出部１１ｂとを中心線Ｃ１に対して非対称に配置する。
【００４５】
また、平行ビーム法でより分解能を向上させてもよいが、基準材からの変化量を測定することでもかまわない。
また、統計精度を向上させるために、各測定角度でＦＴ（時間固定）またはＦＣ（Ｘ線光子カウント数固定）を使用し、ゴニオメータのステップは０．０５°以下としてもよい。
【００４６】
分析装置１２は、測定結果から対象材の不均一ひずみと結晶子サイズを決定する（ステップＳ１２、Ｓ１３）。分析装置１２は、対象材の不均一ひずみ、または、結晶子サイズが条件を満たすか決定する（ステップＳ１４）。すなわち、分析装置１２は、対象材の不均一ひずみが閾値の０．２５％以上の条件、又は、対象材の結晶子サイズが閾値の３０ｎｍ以下の条件で（ステップＳ１４のＹＥＳ）、処理はステップＳ１５へ進む。分析装置１２は対象材に対して転がり疲労き裂の発生予測を決定する（ステップＳ１５）。なお、予測精度を向上させるために、不均一ひずみおよび結晶子サイズの両方の条件を満たす場合に転がり疲労き裂の発生予測を決定してもよい。
【００４７】
最後に、分析装置１２は、測定結果および判定結果を出力装置１３に出力させる。
【００４８】
以上の実施形態によれば、転がり疲労き裂の発生を予測し、転がり疲労損傷の評価が可能になるので、保守作業の効率を向上させることができる。
【００４９】
第２の実施形態
本実施形態は、未使用の対象材を基準材とし、基準材と使用済みの対象材とを比較して対象材の疲労き裂発生予測する。
【００５０】
図５に示す結果から、レールＡの不均一ひずみに対してレールＢ、レール近傍部Ｃの不均一ひずみは２倍以上の変化である。また、レールＡの結晶子サイズに対してレールＢ、レール近傍部Ｃの結晶子サイズは、５０％以下である。
【００５１】
以上から、基準材の結晶子サイズに対して対象材の結晶子サイズが５０％以下となる条件、又は、基準材の不均一ひずみに対して対象材の不均一ひずみが２倍以上変化する条件で対象材に対して転がり疲労き裂が発生していると推定される。なお、基準材の結晶子サイズに対して対象材の結晶子サイズが４０％以下又は３０％以下の条件でもよい。また、基準材の不均一ひずみに対して対象材の不均一ひずみが１．５倍以上変化する条件としてもよい。
【００５２】
転がり疲労き裂発生予測方法では、図６において、基準材の結晶子サイズに対して対象材の結晶子サイズが５０％以下の条件、又は、基準材の不均一ひずみに対して対象材の不均一ひずみが２倍以上の条件を満たすか決定する（ステップＳ１４）。何れかの条件を満たす場合（ステップＳ１４のＹＥＳ）、処理はステップＳ１５へ進む。分析装置１２は対象材に対して転がり疲労き裂発生を決定する（ステップＳ１５）。なお、予測精度を向上させるために、不均一ひずみのおよび結晶子サイズの両方の条件を満たす場合に疲労損傷の発生予測を決定してもよい。
【００５３】
第３の実施形態
本実施形態は、対象材の疲労層の削除タイミングを決定する。
【００５４】
第1の実施形態と同様に、Ｘ線回折により対象材の結晶子サイズおよび不均一ひずみを測定する。
【００５５】
図５に示す結果から、対象材の結晶子サイズが３０ｎｍ以下であると、対象材は疲労損傷している疲労層を有すると推定される。また、対象材の不均一ひずみが０．２５％以上であると、対象材は疲労損傷している疲労層を有すると推定される。
【００５６】
以上から、結晶子サイズが３０ｎｍ以下であるとの条件、及び、対象材の不均一ひずみが０．２５％以上であるとの条件の少なくとも一方の条件で対象材の疲労層の削除タイミングを決定する。
【００５７】
以上の実施形態によれば、対象材の結晶子サイズおよび不均一ひずみの少なくとも一方に基づいて対象材の疲労層の削除タイミングを決定し、対象材が疲労損傷するまでの時間間隔を決めることができる。これにより、対象材の疲労層の削除という保守作業を効率化することができる。
【００５８】
第４の実施形態
本実施形態は、対象材と基準材にとしての未使用の対象材とを比較して、対象材の疲労層の削除タイミングを決定する。
【００５９】
図５に示す結果から、基準材の結晶子サイズに対して対象材の結晶子サイズが５０％以下であるとの条件、又は、基準材の不均一ひずみに対して対象材の不均一ひずみが２倍以上の変化であるとの条件で、対象材は疲労損傷していると推定される。よって、何れかの条件で対象材の疲労層の削除タイミングを決定する。また、両方の条件で対象材の疲労層の削除タイミングを決定してもよい。なお、基準材の結晶子サイズに対して対象材の結晶子サイズが４０％以下又は３０％以下の条件でもよい。また、基準材の不均一ひずみに対して対象材の不均一ひずみが１．５倍以上変化する条件としてもよい。
【００６０】
以上の実施形態によれば、対象材及び基準材の結晶子サイズ又は不均一ひずみを比較して対象材の疲労層の削除タイミングを決定し、対象材が疲労損傷するまでの時間間隔を決めることができる。これにより、対象材の疲労層の削除という保守作業を効率化することができる。
【００６１】
第５の実施形態
本実施形態は、対象材と基準材としての未使用の対象材とを比較して対象材の削除深さを決定する。
【００６２】
図４において、使用レールの結晶子サイズが未使用レールの結晶子サイズと同じになるまで、使用レールを表面から削除すれば、使用レールの疲労層は取り除かれ、使用レールに対する転がり疲労き裂発生の可能性は低くなる。また、使用レールの不均一ひずみが未使用レールの不均一ひずみより小さくなるまで、使用レールを表面から削除すれば、使用レールの疲労層は取り除かれ、使用レールの転がり疲労き裂発生の可能性は低くなる。
【００６３】
以上から、対象材の結晶子サイズが基準材の結晶子サイズと同じになる対象材の表面からの深さ、および、対象材の不均一ひずみが基準材の不均一ひずみより小さくなる対象材の表面からの深さの少なくとも一方を、対象材の表面からの削除深さとして決定する。なお、結晶子のサイズ及び不均一ひずみの両方を用いる場合、より大きな表面からの深さを削除深さとして選択してもよい。
【００６４】
以上の実施形態によれば、対象材および基準材のそれぞれの結晶子サイズおよび不均一ひずみの少なくとも一方を比較して、対象材の削除深さを決定するので、対象材の疲労層の削除という保守作業を効率化することができる。
なお、本発明は本実施形態に限定されず、また、各実施形態は発明の趣旨を変更しない範囲で変更、修正可能である。
【符号の説明】
【００６５】
１０ 転がり疲労損傷評価システム
１１ Ｘ線回折装置
１２ 分析装置
１３ 出力装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象材の結晶子サイズおよび不均一ひずみの少なくとも一方を測定し、
前記対象材の結晶子サイズ及び不均一ひずみの少なくとも一方に基づいて対象材の転がり疲労損傷を評価して対象材の疲労き裂発生を予測する、
転がり疲労き裂発生予測方法。
【請求項２】
結晶子サイズが３０ｎｍ以下であるとの条件及び不均一ひずみが０．２５％以上であるとの条件の少なくとも一方の条件で対象材に対して転がり疲労き裂の発生予測を決定する、
請求項１に記載の転がり疲労き裂発生予測方法。
【請求項３】
基準材にとしての未使用の対象材に対して結晶子サイズおよび不均一ひずみの少なくとも一方を測定し、
基準材の結晶子サイズに対して対象材の結晶子サイズが５０％以下であるとの条件、及び、基準材の不均一ひずみに対して対象材の不均一ひずみが２倍以上の変化であるとの条件の少なくとも一方の条件で対象材に対して転がり疲労き裂の発生予測を決定する、
請求項１に記載の転がり疲労き裂発生予測方法。
【請求項４】
結晶子サイズおよび不均一ひずみの測定にＸ線回折を用い、
対象材に対してＸ線の侵入深さを１０μｍ以下になるように入射Ｘ線の波長又は入射角度を選択する、
請求項２又は３に記載の転がり疲労き裂発生予測方法。
【請求項５】
対象材の結晶子サイズおよび不均一ひずみの少なくとも一方を測定する測定装置と、
前記対象材の結晶子サイズおよび不均一ひずみの少なくとも一方に基づいて対象材の転がり疲労損傷を評価する分析装置と、
を有する転がり疲労損傷評価システム。
【請求項６】
前記分析装置は、結晶子サイズが３０ｎｍ以下であるとの条件及び不均一ひずみが０．２５％以上であるとの条件の少なくとも一方の条件で対象材に対して転がり疲労き裂の発生予測を決定する、
請求項５に記載の転がり疲労損傷評価システム。
【請求項７】
前記測定装置は基準材としての未使用の対象材に対して結晶子サイズおよび不均一ひずみの少なくとも一方を測定し、
前記分析装置は、基準材の結晶子サイズに対して対象材の結晶子サイズが５０％以下であるとの条件、および、基準材の不均一ひずみに対して対象材の不均一ひずみが２倍以上の変化であるとの条件の少なくとも一方の条件で対象材に対して転がり疲労き裂の発生予測を決定する、
請求項５に記載の転がり疲労損傷評価システム。
【請求項８】
前記測定装置はＸ線回折装置であり、
対象材に対してＸ線の侵入深さを１０μｍ以下になるような入射Ｘ線の波長又は入射角度を選択する、
請求項６又は７に記載の転がり疲労損傷評価システム。
【請求項９】
対象材および基準材としての未使用の対象材のそれぞれの結晶子サイズおよび不均一ひずみの少なくとも一方を測定し、
対象材の結晶子サイズが基準材の結晶子サイズと同じになる対象材の表面からの深さ、および、対象材の不均一ひずみが基準材の不均一ひずみより小さくなる対象材の表面からの深さの少なくとも一方を、対象材の表面からの削除深さとして決定する、
削除深さ決定方法。
【請求項１０】
対象材の結晶子サイズおよび不均一ひずみの少なくとも一方を測定し、
前記対象材の結晶子サイズ及び不均一ひずみの少なくとも一方に基づいて対象材の疲労層の削除タイミングを決定する、
疲労層削除タイミング決定方法。
【請求項１１】
結晶子サイズが３０ｎｍ以下であるとの条件及び不均一ひずみが０．２５％以上であるとの条件の少なくとも一方の条件で対象材の疲労層の削除タイミングを決定する、
請求項１０に記載の疲労層削除タイミング決定方法。
【請求項１２】
基準材にとしての未使用の対象材に対して結晶子サイズおよび不均一ひずみの少なくとも一方を測定し、
基準材の結晶子サイズに対して対象材の結晶子サイズが５０％以下であるとの条件、及び、基準材の不均一ひずみに対して対象材の不均一ひずみが２倍以上の変化であるとの条件の少なくとも一方の条件で対象材の疲労層の削除タイミングを決定する、
請求項１０に記載の疲労層削除タイミング決定方法。
【請求項１】
対象材の結晶子サイズおよび不均一ひずみの少なくとも一方を測定し、
前記対象材の結晶子サイズ及び不均一ひずみの少なくとも一方に基づいて対象材の転がり疲労損傷を評価して対象材の疲労き裂発生を予測する、
転がり疲労き裂発生予測方法。
【請求項２】
結晶子サイズが３０ｎｍ以下であるとの条件及び不均一ひずみが０．２５％以上であるとの条件の少なくとも一方の条件で対象材に対して転がり疲労き裂の発生予測を決定する、
請求項１に記載の転がり疲労き裂発生予測方法。
【請求項３】
基準材にとしての未使用の対象材に対して結晶子サイズおよび不均一ひずみの少なくとも一方を測定し、
基準材の結晶子サイズに対して対象材の結晶子サイズが５０％以下であるとの条件、及び、基準材の不均一ひずみに対して対象材の不均一ひずみが２倍以上の変化であるとの条件の少なくとも一方の条件で対象材に対して転がり疲労き裂の発生予測を決定する、
請求項１に記載の転がり疲労き裂発生予測方法。
【請求項４】
結晶子サイズおよび不均一ひずみの測定にＸ線回折を用い、
対象材に対してＸ線の侵入深さを１０μｍ以下になるように入射Ｘ線の波長又は入射角度を選択する、
請求項２又は３に記載の転がり疲労き裂発生予測方法。
【請求項５】
対象材の結晶子サイズおよび不均一ひずみの少なくとも一方を測定する測定装置と、
前記対象材の結晶子サイズおよび不均一ひずみの少なくとも一方に基づいて対象材の転がり疲労損傷を評価する分析装置と、
を有する転がり疲労損傷評価システム。
【請求項６】
前記分析装置は、結晶子サイズが３０ｎｍ以下であるとの条件及び不均一ひずみが０．２５％以上であるとの条件の少なくとも一方の条件で対象材に対して転がり疲労き裂の発生予測を決定する、
請求項５に記載の転がり疲労損傷評価システム。
【請求項７】
前記測定装置は基準材としての未使用の対象材に対して結晶子サイズおよび不均一ひずみの少なくとも一方を測定し、
前記分析装置は、基準材の結晶子サイズに対して対象材の結晶子サイズが５０％以下であるとの条件、および、基準材の不均一ひずみに対して対象材の不均一ひずみが２倍以上の変化であるとの条件の少なくとも一方の条件で対象材に対して転がり疲労き裂の発生予測を決定する、
請求項５に記載の転がり疲労損傷評価システム。
【請求項８】
前記測定装置はＸ線回折装置であり、
対象材に対してＸ線の侵入深さを１０μｍ以下になるような入射Ｘ線の波長又は入射角度を選択する、
請求項６又は７に記載の転がり疲労損傷評価システム。
【請求項９】
対象材および基準材としての未使用の対象材のそれぞれの結晶子サイズおよび不均一ひずみの少なくとも一方を測定し、
対象材の結晶子サイズが基準材の結晶子サイズと同じになる対象材の表面からの深さ、および、対象材の不均一ひずみが基準材の不均一ひずみより小さくなる対象材の表面からの深さの少なくとも一方を、対象材の表面からの削除深さとして決定する、
削除深さ決定方法。
【請求項１０】
対象材の結晶子サイズおよび不均一ひずみの少なくとも一方を測定し、
前記対象材の結晶子サイズ及び不均一ひずみの少なくとも一方に基づいて対象材の疲労層の削除タイミングを決定する、
疲労層削除タイミング決定方法。
【請求項１１】
結晶子サイズが３０ｎｍ以下であるとの条件及び不均一ひずみが０．２５％以上であるとの条件の少なくとも一方の条件で対象材の疲労層の削除タイミングを決定する、
請求項１０に記載の疲労層削除タイミング決定方法。
【請求項１２】
基準材にとしての未使用の対象材に対して結晶子サイズおよび不均一ひずみの少なくとも一方を測定し、
基準材の結晶子サイズに対して対象材の結晶子サイズが５０％以下であるとの条件、及び、基準材の不均一ひずみに対して対象材の不均一ひずみが２倍以上の変化であるとの条件の少なくとも一方の条件で対象材の疲労層の削除タイミングを決定する、
請求項１０に記載の疲労層削除タイミング決定方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−１８１１４（Ｐ２０１２−１８１１４Ａ）
【公開日】平成２４年１月２６日（２０１２．１．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１５６４８４（Ｐ２０１０−１５６４８４）
【出願日】平成２２年７月９日（２０１０．７．９）
【出願人】（０００１７３７８４）公益財団法人鉄道総合技術研究所 (1,666)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１月２６日（２０１２．１．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年７月９日（２０１０．７．９）
【出願人】（０００１７３７８４）公益財団法人鉄道総合技術研究所 (1,666)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]